有序介孔材料的合成及应用.ppt

这种聚合物模板剂可被应用于更多氧化物如Al2O3、ZrO2、TiO2、WO3等以及它们的复合氧化物介孔材料的合成 合成原料为无机盐，介质为非水溶液，产物的壁较厚，无定型或半晶状态 酸性条件下合成的优点是不需要自生压力，而且可以在较低温度和较短时间内合成出高质量的介孔分子筛，模板剂也可以方便地通过溶剂萃取回收；碱性条件下合成，通常反应物系处于自生压力下，合成温度高，周期长 对于无定型的孔壁虽有它的劣势（热和水热稳定性差），同时也有它特殊的优势，这就是构成其骨架原子的限制比沸石小的多。从理论上说，任何氧化物或氧化物的混合物，或者其他无机化合物甚至金属都可以作为介孔分子筛的孔壁材料 Firouzi等认为首先是无序的胶束与硅酸盐物种发生相互作用，在胶束的周围生成两三层SiO2，然后由表面沉积了SiO2的胶束自发地聚集在一起形成有机-无机有序介观结构； Huo 等认为三维有序的结构体系是分子级的有机和无机物种相互作用、协同组装形成的，预先形成表面活性剂胶束是不必要的 Firouzi的机理1)不能解释MCM-41具有很长的孔道，因为溶液中不存在那么长的棒状胶束；2）除了棒状胶束以外还有球状胶束，如果说周围结合有SiO2的胶束自发地聚集在一起生长成为长程有序的相，那么除了六方相的MCM-41以外，还应该生成其他物相 3）也不能很好地解释立方相MCM-48和层状相MCM-50的生成，因为MCM-48可以看作是由许多等长度的短棒交叉组合而成，但是在表面活性剂的溶液中，棒状胶束的长短是不一样的，而低浓度的表面活性剂溶液中也不存在MCM-50所需的板状胶束 Huo协同组装机理具有一定的普遍性，能够解释不同的合成体系及其实验结果，并且能在一定程度上指导实验 a)协同成核 b) and c)表面活性剂形成液晶 d)无机分子物种的聚合和缩聚 SLC：硅酸盐液晶 关于有序介孔材料的合成机理目前还没有统一的定论，但是它们都离不开模板剂分子的超分子自组装和无机物种与模板剂分子之间的相互作用（包括静电作用、范德华力等） 将混合溶液置于反应釜中水热晶化一段时间，过滤、洗涤、干燥，再通过焙烧或萃取除去模板剂得到有序介孔材料 * 有序介孔材料的合成及应用 SeminarⅠ 有序介孔材料是以表面活性剂分子聚集体为模板，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的孔道结构规则、孔径介于2～50nm的无机多孔材料 与传统的多孔材料相比，有序介孔材料具有如下特征： (1)均一可调的中孔孔径 (2)比表面积大 (3)易于掺杂其他组分的无定型骨架组成 (4)较好好的热稳定性和水热稳定性 (5)颗粒具有丰富多彩的外形 有序介孔材料在多相催化、吸附与分离、环境保护、功能材料等领域极具应用潜力 有序介孔材料的定义与特性 1992年Mobil公司的科学家首次报道合成了MCM（ Mobil Com- position of Matter）-41介孔分子筛，揭开了分子筛科学的新纪元 1994年，Huo等在酸性条件下合成出APMs介孔材料，结束MCM 系列只能在碱性条件下进行的历史，拓展了人们对模板法合成介孔 材料的认识 介孔材料合成的突破性进展是酸性合成体系中使用嵌段共聚物（非离子表面活性剂)为模板，得到孔径大、有序程度高的介孔分子筛SBA-15 1996年Bagshaw等采用聚氧乙烯表面活性剂，N0I0 非离子型合成 路线，首次合成出介孔分子筛Al2O3 。其表面积可达600 m2/g ，去除模板剂后的热稳定性可达700℃ 1998年Wei等首次以非表面活性剂有机化合物（如D-葡萄糖等）为模板剂制备出具有较大比表面积和孔体积的介孔二氧化硅 有序介孔材料合成的历史 [1-9] 1992年Mobil公司的科学家首次报道合成了M41M系列介孔分子筛， 它们具有规整有序的孔道结构，比表面积大，孔径可以在1.5～ 10nm之间可调。这一报道立即引起国际学术界的重视，从此掀起 介孔材料研究的热潮 Kresge C T, Leonowicz M E, Roth W J, et al. Nature, 1992, 359: 710-712. Beck J S, Vartuli J C, Roth W J, et al. J. Am. Chem. Soc., 1992, 114: 10834-10843 MCM-41 (p6mm) MCM-48( Ia3d) MCM-50(Lá) 介孔材料合成的突破性进展是在酸性合成体系中使用三嵌段共 聚物（非离子表面活性剂)为模板剂，得到孔径大、有序程度非