介孔材料的表征

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1、介孔材料的結(jié)構(gòu)分析與性質(zhì)表征介孔材料的化學(xué)和物理性質(zhì)是與材料的結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的，介孔材料的合成、修飾改性、應(yīng)用領(lǐng)域的科學(xué)家們需要詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和性能的知識(shí)去達(dá)到他們的目的。因此在介孔材料的研究中，對(duì)結(jié)構(gòu)的分析和性能的表征十分重要。許多技術(shù)手段町被用于測(cè)定材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。材料的表征技術(shù)可分為兩個(gè)方血：結(jié)構(gòu)表征和性能表征。第一-節(jié)引言本章所介紹的方法不僅適用于固體產(chǎn)物和材料的鑒定，也適用于反應(yīng)過(guò)程的分析跟蹤、機(jī)理研究以及產(chǎn)品質(zhì)量的控制等。采用任何一種方法得到的信息都是有限的，因此常將多種方法結(jié)合起來(lái)，例如常規(guī)的化學(xué)分析是十分重要的，在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行性質(zhì)模擬有助于得到理論上的支持，

2、對(duì)多種方法分析的結(jié)果作岀科學(xué)分析，才能得到正確的結(jié)論。3」」分析手段介孔材料的性質(zhì)表征或結(jié)構(gòu)測(cè)定是研究工作首要的一步，只在在得知了制備出了什么物質(zhì)以及物質(zhì)的物理性質(zhì)，才能夠進(jìn)一步對(duì)這一材料的開發(fā)應(yīng)用提出初步判斷。近50年來(lái)材料分析表征技術(shù)有了飛速的發(fā)展，尤具是近二三十年來(lái)這些分析食品都配備了高性能計(jì)算機(jī),使分析測(cè)量工作的質(zhì)量和速度得到了極大的提高，這些分析表征手段可分為下而三大類:1）衍射；2）光譜；3）顯微技術(shù)。隨著分析理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多分析方法都可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。一、衍射衍射是電磁輻射波動(dòng)性的一種表現(xiàn)，當(dāng)輻射經(jīng)過(guò)一邊緣或通過(guò)一小孔時(shí)會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)電磁

3、輻射經(jīng)過(guò)一有序排列的化合物時(shí)產(chǎn)生的干涉波包含了材料的結(jié)構(gòu)信息。衍射方法是研究晶體材料的氏程周期性結(jié)構(gòu)的最冇效方法。常用于結(jié)構(gòu)研究的輻射源的各類冇電了洗射、中子衍射、X射線衍射和同步輻射源等。X射線衍射是實(shí)驗(yàn)室最重要、最方便、最實(shí)用的品體結(jié)構(gòu)分析手段，電子衍射、中子衍射和同步輻射常常在一?些特殊目的和場(chǎng)合下使用。由于合成的結(jié)晶多孔材料多為粉末微晶，使用X射線粉末衍射晶體結(jié)構(gòu)分析有著很重要的作用。二、光譜光譜技術(shù)是根據(jù)原子或分子（或者原子和分子的離子）對(duì)電磁波的吸收、發(fā)射或散射來(lái)研究原了、分了的物理過(guò)程，光譜技術(shù)則對(duì)晶體的和無(wú)定形材料中原了的局部環(huán)境更為敏感。IR、拉曼光譜屬

4、于振動(dòng)光譜，它可用于分析材料屮極性鍵的振動(dòng)狀態(tài)獲得分子結(jié)構(gòu)信息。可見、紫外光譜屬于電子光譜，用于表征材料的電子價(jià)態(tài)。還有一些技術(shù)，如電子能量損失譜（EELS）,非彈性電子隧道譜（IETS）,非彈性中子散射譜（INSS）等技術(shù)在分子篩研究屮也有應(yīng)用。三、顯微技術(shù)顯微技術(shù)是利用光學(xué)裝迸來(lái)得到某一物體的放大圖像，電子顯微學(xué)分析手段有掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）和掃描隧道電鏡（STM）等。四、吸附、脫附、熱分析技術(shù)等使用探針分子的吸附和擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)、程序脫附、熱分析、催化反應(yīng)測(cè)試等能夠間接地得到一些表面結(jié)構(gòu)信息，尤其是孔的表面結(jié)構(gòu)信息。3.1.2多孔材料性質(zhì)表征的特點(diǎn)對(duì)于多

5、孔材料，性質(zhì)表征包括兩個(gè)方面：骨架（或固體壁）部分和孔穴部分。骨架部分包括：1）結(jié)構(gòu)，揭示樣品的結(jié)晶性、晶系、空間群、晶胞、晶胞小的原子朋標(biāo)、成鍵和超結(jié)構(gòu)：2）化學(xué)組成及組成的均勻性；3）對(duì)性能有影響的“雜質(zhì)”；4）對(duì)性能有影響的結(jié)構(gòu)學(xué)完整性（缺陷等）。孔穴部分包括?孔徑、孔體積、比面、孔尺寸分布、孔穴形狀等。結(jié)構(gòu)表征和性質(zhì)研究對(duì)于新材料尤其重要，例如在MCM-41問(wèn)世前20年，就已冇人在類似的合成體系中合成出幾乎同樣的材料，但因?yàn)闆]啟進(jìn)行足夠的表征，對(duì)其結(jié)構(gòu)也沒有足夠的認(rèn)識(shí)，錯(cuò)過(guò)了一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)，只是到了Mobil公司的科學(xué)家們対MCM-41介孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了準(zhǔn)確的描述

6、后，才引起世人的注意，并開發(fā)出一系列新的介孔材料。3.1.3介孔材料常見的性質(zhì)表征要求及可行的分析方法常見的分析方法按應(yīng)用目的和所能達(dá)到的目標(biāo)列于表3.1。表多孔材料常見的性質(zhì)表征要求和分析力法性質(zhì)范圍目標(biāo)（問(wèn)題）方法（特點(diǎn)、局限性、實(shí)例）骨架原子（結(jié)品學(xué)與化學(xué)組成）晶體結(jié)構(gòu)（原了坐標(biāo)）1）單晶XRD（首選方法，盂要大晶體）；2）同步輻射XRD（粉末法解結(jié)構(gòu)，X射線強(qiáng)度是一般X射線管Ka的10倍）：3）中子衍射（定位輕原子、H等）；4）粉末XRD（方便，但數(shù)據(jù)質(zhì)量較差）；5）固體NMR（29Si,Al等，協(xié)助其他方法、測(cè)＞Si-O-Si鍵角）；6）高分辨電子顯微鏡HREM

7、（包括電了衍射、局部細(xì)節(jié)）；7）計(jì)算化學(xué)（計(jì)算機(jī)模擬、協(xié)助其他方法）骨架原了分布（如沸石中的A1）中子衍射、固體NMR（29Si、27A1等）、27A1NMR（區(qū)分骨架鋁和非骨架鋁）雜原子取代粉末XRD（晶胞參數(shù)變化、單位晶胞體積變化、衍射峰強(qiáng)度變化，如當(dāng)每個(gè)晶胞內(nèi)多于一個(gè)Ti原了時(shí)，silicalite-I從單斜晶系變?yōu)檎痪担?，IR（960cm-1譜帶或肩峰表明Ti進(jìn)入骨架，拉曼光譜，NMR（29Si化學(xué)位移變化，27A1,31P,11B,170）,原位XANES、EXAFS、EPR,催化反應(yīng)（活性和選擇性變化）,化學(xué)分