介孔材料的機(jī)理

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1、介孔材料的成核機(jī)理是什么目前有兩種機(jī)理是最為大家所接受的：液晶模板機(jī)理與協(xié)同作用機(jī)理。1、液晶模板機(jī)理(liquidcrystaltemplating，LCT)在MCM-41(一種新型的納米結(jié)構(gòu)材料，具有孔道呈六方有序排列、大小均勻、孔徑可在2-10nm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)、比表面積大等特點(diǎn))合成后，Mobil公司的科學(xué)家最早提出了液晶模板機(jī)理（如圖1）。他們認(rèn)為表面活性劑形成的液晶相是介孔結(jié)構(gòu)的模板。表面活性劑的液晶相是在無機(jī)物種加入前形成的。兩親性的表面活性劑在水溶液中首先形成球形膠束，接著轉(zhuǎn)化為棒狀膠束。當(dāng)達(dá)到其CMC時(shí)生成液晶相，液晶相結(jié)構(gòu)的形成是與表面活性劑的濃度有關(guān)的。無機(jī)前驅(qū)物與膠

2、束棒表面的極性基團(tuán)發(fā)生相互作用使得無機(jī)前驅(qū)物能夠沉淀在膠束棒的縫隙中，生長成為介孔材料的孔壁。圖1TwopossibleschematicpathwaysfortheLCTmechanism(1)liquid-crystaltemplating,LCT;(2)cooperativeformation.隨著對介孔材料研究的深入，LCT機(jī)理與后來出現(xiàn)的一些新實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了矛盾。例如：在室溫條件，極低的表面活性劑濃度中也出現(xiàn)了有機(jī)-無機(jī)自組裝有序結(jié)構(gòu)。但是按照LCT機(jī)理，在較低濃度下，表面活性劑只可能形成球型的膠束而只有在表面活性劑濃度達(dá)到一定值以后才會(huì)有液晶相的六方相或是立方相排布(如：CTA

3、B在濃度28%以上才能形成六方相，60%以上形成立方相)。實(shí)際上在2%的CTAB濃度下就能夠形成MCM-41而在10%CTAB的濃度下還能生成MCM-48。2、協(xié)同作用機(jī)理（cooperativeformationmechanism）協(xié)同作用機(jī)理是Mobil公司提出的另外的一個(gè)用來解釋介孔材料MCM-41合成過程的機(jī)理。該機(jī)理也認(rèn)為表面活性劑生成的液晶相是介孔結(jié)構(gòu)的模板，但是表面活性劑液晶相是在無機(jī)物種加入以后形成的。無機(jī)物種是協(xié)助表面活性劑生成液晶相結(jié)構(gòu)的（如圖1）。膠束與無機(jī)物種的相互作用促使了介觀相結(jié)構(gòu)的形成。由于有機(jī)相與無機(jī)相的界面反應(yīng)，使得無機(jī)物種在表面活性劑膠束的外表面縮聚，而

4、無機(jī)物種的縮聚又促進(jìn)膠束的有序排布形成液晶相。該機(jī)理可以很好的解釋，在較低表面活性劑濃度下介孔材料的合成。圖2CooperativeformationmechanismbyStucky.后來Stucky在大量的實(shí)驗(yàn)與表征結(jié)果的基礎(chǔ)上，對這種自組裝的生成機(jī)理作了完善。他認(rèn)為是有機(jī)和無機(jī)之間的協(xié)同組裝作用促使有機(jī)-無機(jī)分子三維結(jié)構(gòu)排布的（如圖2）。硅酸鹽與陽離子表面活性劑間的相互作用，使得形成了無機(jī)-有機(jī)結(jié)合體，在界面層的硅酸根聚合改變了無機(jī)層電荷密度，致使無機(jī)-有機(jī)結(jié)合體排布生成了膠束，進(jìn)而生成了液晶介觀相。而該形成過程是受到有機(jī)-無機(jī)界面處電荷密度，協(xié)同作用和空間位置（堆積參數(shù)）決定的。而

5、起先表面活性劑的排布則不是必需的，但是它們也可能參與反應(yīng)。這種作用方式能導(dǎo)致多樣的結(jié)構(gòu)（在單獨(dú)的表面活性劑或是無機(jī)物種體系中不存在的），很好的解釋了與單獨(dú)液晶相結(jié)構(gòu)不符的介孔材料的合成以及合成過程中存在的構(gòu)相轉(zhuǎn)換等情況。參考文獻(xiàn)[1]林惠明.介孔材料的合成與應(yīng)用研究[D].吉林大學(xué),2010.