介孔材料的合成

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1、根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC)的規(guī)定，介孔材料是指孔徑介于2-50nm的一類多孔材料。介孔材料具有極高的比表面積、規(guī)則有序的孔道結(jié)構(gòu)、狹窄的孔徑分布、孔徑大小連續(xù)可調(diào)等特點(diǎn)，使得它在很多微孔沸石分子篩難以完成的大分子的吸附、分離，尤其是催化反應(yīng)中發(fā)揮作用。而且，這種材料的有序孔道可作為“微型反應(yīng)器”，在其中組裝具有納米尺度的均勻穩(wěn)定的“客體”材料后而成為“主客體材料”，由于其主、客體間的主客體效應(yīng)以及客體材料可能具有的小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等將使之有望在電極材料、光電器件、微電子技術(shù)、化學(xué)傳

2、感器、非線性光學(xué)材料等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。因此介孔材料從它誕生一開始就吸引了國(guó)際上物理、化學(xué)、生物、材料及信息等多學(xué)科研究領(lǐng)域的廣泛興趣，目前已成為國(guó)際上跨多學(xué)科的熱點(diǎn)前沿領(lǐng)域之一。?介孔材料-分類按照化學(xué)組成分類，介孔材料一般可分為硅系和非硅系兩大類。1.硅基介孔材料孔徑分布狹窄，孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則，并且技術(shù)成熟，研究頗多。硅系材料可用催化，分離提純，藥物包埋緩釋，氣體傳感等領(lǐng)域。硅基材料又可根據(jù)純硅和摻雜其他元素而分為兩類。進(jìn)而可根據(jù)摻雜元素種類及不同的元素個(gè)數(shù)不同進(jìn)行細(xì)化分類。雜原子的摻雜可以看作是雜原子

3、取代了原來硅原子的位置，不同雜原子的引入會(huì)給材料帶來很多新的性質(zhì)，例如穩(wěn)定性的變化、親疏水性質(zhì)的變化、以及催化活性的變化等等。2.非硅系介孔材料主要包括過渡金屬氧化物、磷酸鹽和硫化物等。由于它們一般存在著可變價(jià)態(tài)，有可能為介孔材料開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，展示硅基介孔材料所不能及的應(yīng)用前景。例如：鋁磷酸基分子篩材料中部分P被Si取代后形成的硅鋁磷酸鹽(silicon-aluminophosphate，SAPOs)、架構(gòu)中引入二價(jià)金屬的鋁磷酸鹽(metal-substitutedAIPOs，MAPOs)已廣泛應(yīng)用于

4、吸附、催化劑負(fù)載、酸催化、氧化催化（如甲醇烯烴化、碳?xì)浠衔镅趸┑阮I(lǐng)域。內(nèi)表面積大和孔容量高的活性炭，由于具有高的吸附量以及可從氣液中吸附不同類型的化合物等特性已成為主要的工業(yè)吸附劑。此外介孔碳制得的雙電層電容器材料的電荷儲(chǔ)量高于金屬氧化物粒子組裝后的電容量，更是遠(yuǎn)高于市售的金屬氧化物雙電層電容器。二氧化鈦基介孔材料具有光催化活性強(qiáng)、催化劑載容量高的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)性能和表征方面的研究頗多。介孔材料-合成方法一般來說，介孔分子篩材料是構(gòu)成分子篩骨架的無(wú)機(jī)物種在溶劑相中，在表面活性劑的模板作用下通過超分子自組

5、裝而形成的一類有序多孔材料。最常用的合成方法為水熱合成法，其他的如室溫合成、微波合成、濕膠焙燒法、相轉(zhuǎn)變法及在非水體系中的合成也有一些報(bào)道圈。選擇無(wú)機(jī)物種的主要理論依據(jù)是sol-gel化學(xué)，即原料的水解和縮聚速度相當(dāng)，且經(jīng)過水熱過程等處理后提高其縮聚程度。根據(jù)目標(biāo)介孔材料的骨架組成，無(wú)機(jī)物種可以是直接加入的無(wú)機(jī)鹽，也可以是水解后可以產(chǎn)生無(wú)機(jī)低聚體的有機(jī)金屬氧化物，如Si(OEt)4、Al(i-OPr)3等。?100用于合成介孔分子篩材料的表面活性劑有很多種，但根據(jù)親水基電性質(zhì)的不同，大致可分為以下四類：①

6、陰離子型，具有帶負(fù)電的極性基因；②陽(yáng)離子型，具有帶正電的極性基因；③非離子型，極性基團(tuán)不帶電；④兩性型，帶兩個(gè)親水基團(tuán)，一個(gè)正電，一個(gè)負(fù)電，如三甲基胺乙內(nèi)醋CAPB（一端是帶正電的四元胺基、另一端是帶負(fù)電的梭基）等。一表面活性劑的極性頭與無(wú)機(jī)物種之間的界面組裝作用力是不同合成體系中形成介孔分子篩的一個(gè)共同點(diǎn)。合成路線的多樣化可以通過改變兩相界面作用力的類型（如靜電作用、氫鍵作用或配位作用）或調(diào)變其大?。ㄈ缯{(diào)變膠束表面電荷密度一可以調(diào)節(jié)兩相靜電引力大??；調(diào)變反應(yīng)溫度可以調(diào)節(jié)氫鍵作用力大?。﹣韺?shí)現(xiàn)。不同的無(wú)機(jī)

7、物種和表面活性劑在不同的組裝作用下可形成特定的合成體系，組裝成具有不同結(jié)構(gòu)、形貌和孔徑大小的介孔分子篩材料。介孔材料-幾個(gè)重要研究階段介孔材料的合成始于1990年，Yanagisawa等將層狀硅酸鹽材料Kanemite與長(zhǎng)鏈烷基三甲基胺(ATMA)在堿性條件下混合處理，發(fā)生離子交換作用，得到孔徑分布狹窄的三維介孔氧化硅材料。這是最早發(fā)現(xiàn)的氧化硅介孔材料，但由于因其結(jié)構(gòu)不夠理想，當(dāng)時(shí)并沒有引起科學(xué)家們的注意。直到1992年Mobil公司的Kresge和Beck等報(bào)道成功地利用陽(yáng)離子表面活性劑，為模板劑合成了

8、孔徑在1.5-l0nm范圍可調(diào)的新型M41S系列氧化硅（鋁）基有序介孔材料，才為有序介孔材料的研究吹響了號(hào)角圈。1994年Stucky等合成了一系列含有籠結(jié)構(gòu)的介孔材料，與合成M41S介孔材料相比，他是利用雙鏈結(jié)構(gòu)的表面活性劑在酸性條件下在室溫或較低溫度下短時(shí)間合成的。?1995年有關(guān)介孔材料的化學(xué)改性相繼出現(xiàn)Es1。介孔材料的化學(xué)改性包括對(duì)骨架的摻雜及對(duì)孔道表面的修飾和功能化。對(duì)骨架的摻雜主要指在純硅基介孔材料的骨架內(nèi)引入A