介孔材料的介觀結(jié)構(gòu)與形貌控制.pdf

1、盡管介孔材料的研究歷史只有十幾年,其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)吸引了來自很多領(lǐng)域的科學(xué)家。由于介孔材料具有較好的水熱穩(wěn)定性,高比表面,高孔隙率,孔徑尺寸相對(duì)較大并且在一定范圍內(nèi)可調(diào),使得其在大分子催化、生物過程、選擇吸附、功能材料等多方面有廣泛的應(yīng)用前景。研究表明,除了孔道形貌與尺寸外,介孔材料的宏觀結(jié)構(gòu)也對(duì)其應(yīng)用有著重要影響。不同形貌的介孔材料有著不同的外表面積,孔道長短也不盡相同,因而其傳質(zhì)阻力有很大差別;同時(shí),材料的大小和形貌也決定了其操作

2、和分離的難易成度。因此,對(duì)介孔材料的形貌控制長期以來一直是介孔材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本論文將針對(duì)目前制各介孔材料的兩大方法分別對(duì)制備的介孔材料進(jìn)行形貌和孔道控制。
　　 對(duì)于經(jīng)典以表面活性劑膠束為模板制備介孔材料的溶膠凝膠法,我們選取相對(duì)研究較少的HMS(hexagonalmesoporoussilica)為研究對(duì)象。HMS因其三維聯(lián)通的孔道而相對(duì)其他直孔道介孔材料更利于客體分子的孔道內(nèi)擴(kuò)散,使其在吸附及催化領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。然而

3、,同樣由于這種空間無序的蠕蟲狀孔道,使得HMS材料采取各向同性生長,因而其形貌變得難以調(diào)控。在第二章中,我們發(fā)現(xiàn)了一種同時(shí)控制HMS形貌和介觀結(jié)構(gòu)的簡便方法:通過調(diào)變體系醇水比及表面活性劑和共溶劑的種類,可以得到荷葉狀、交錯(cuò)薄片、土豆?fàn)钅遗?、空心囊泡、裂口球等一系列呈現(xiàn)規(guī)律形貌變化的HMS材料。通過對(duì)其深入表征我們發(fā)現(xiàn)以上各形貌都含有層狀和蠕蟲狀兩種不同的介孔,且不同宏觀形貌的介孔空間分布也不相同。在對(duì)體系進(jìn)行深入研究后我們提出了一套機(jī)

4、理來解釋這一特殊的形貌變化規(guī)律和雙孔結(jié)構(gòu)。反應(yīng)開始時(shí)的層狀/囊泡狀膠束決定了最終產(chǎn)物的宏觀形貌。雙孔結(jié)構(gòu)的形成是由反應(yīng)過程中層狀結(jié)構(gòu)向蠕蟲狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的,其根本原因是由于表面活性劑濃度的降低、醇濃度的上升與硅酸根聚合度的提高造成的。在層狀相水平方向的介觀結(jié)構(gòu)演化會(huì)在初始骨架的基礎(chǔ)上影響產(chǎn)品的宏觀形貌。除此之外,我們還用粒子成核和生長速度的差異揭示了不同醇濃度下氧化硅微球/納米粒子的尺寸分布變化。
　　 另一種制造介孔的新型方

5、法是基于微孔分子篩來制備微孔-介孔多級(jí)孔道沸石材料。這類材料含有的介孔可以使客體分子更容易進(jìn)入材料內(nèi)部進(jìn)行吸附和催化,同時(shí)其孔壁由晶化的沸石組成,含有有豐富的微孔和大量的酸性位。使得其具有更為優(yōu)異的催化性能。在諸多制備微孔.介孔多級(jí)孔道沸石材料的方法中,聚合物誘導(dǎo)膠體凝聚法(polymerization-inducedcolloidaggregation,PICA)由于易于控制,合成效果好而受到越來越多的關(guān)注。第三章通過使用未經(jīng)洗滌的納