介孔材料與功能性含能材料的關(guān)聯(lián)和復(fù)合.pdf

1、有序介孔材料具有高比表面、孔道形貌排列多樣化、孔徑尺寸可調(diào)以及孔容較大等特點(diǎn),自1992年MCM-41系列介孔氧化硅材料被首次報(bào)道以來(lái),經(jīng)過(guò)十幾年的長(zhǎng)足發(fā)展,介孔材料已經(jīng)在催化、生物、電化學(xué)、氣體吸附、色譜分離、傳感器研究等領(lǐng)域顯示了廣泛的應(yīng)用前景。但是,這方面的研究尚不充分,介孔材料距離實(shí)際應(yīng)用還有大量的工作要做。繼續(xù)拓展其研究領(lǐng)域,促進(jìn)它與其他學(xué)科的交叉和融合,是目前介孔材料的一個(gè)重要研究方向。介孔材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它極易與其它材

2、料相融合。納米級(jí)的開(kāi)放孔道,孔道表而親疏水性質(zhì)的靈活控制,不但可以方便的修飾孔道表面,也使其可以容納不同種類(lèi)的客體分子,形成性能各異的復(fù)合材料,構(gòu)成許多應(yīng)用研究所需要的基本條件。
　　 含能材料,主要包括推進(jìn)劑,炸藥,和煙火劑三大類(lèi),是一種雖然古老但長(zhǎng)時(shí)間在軍事和航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的功能材料。納米材料的研究熱潮極大的影響著含能材料的發(fā)展方向,含能材料的納米化是目前該領(lǐng)域的一個(gè)熟點(diǎn)。納米化的含能材料按結(jié)構(gòu)來(lái)分,可分為納米顆粒,

3、納米孔材料,以及主客體復(fù)合材料等?？梢钥闯?介孔材料與納米含能材料存在結(jié)構(gòu)上的關(guān)聯(lián)。如介孔材料一般并不含有能量,但結(jié)構(gòu)高度有序;而納米含能材料通常具有較高的能量密度,但結(jié)構(gòu)有序度差,因此,不但存在兩種材料互相關(guān)聯(lián)的可能性,而且它們的復(fù)合將有可能產(chǎn)生綜合性能優(yōu)良的復(fù)合材料。但是,目前同時(shí)關(guān)聯(lián)這兩種材料的研究極為少見(jiàn)。
　　 本論文選擇介孔材料和含能材料作為主要研究對(duì)象,全文始終圍繞兩種材料的關(guān)聯(lián)和復(fù)合這一主線(xiàn)來(lái)展開(kāi),各章均同時(shí)涉及

4、到這兩種材料。第二章和第三章分別討論硅鋁分子篩和含能復(fù)合材料的合成:第四章和第五章分別討論介孔材料和含能材料互為應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。
　　 論文第一章,我們綜述了介孔材料在過(guò)去十多年的研究進(jìn)展,特別對(duì)其應(yīng)用研究進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。在結(jié)合含能材料的特點(diǎn)及發(fā)展方向的基礎(chǔ)上,提出了介孔材料與含能材料關(guān)聯(lián)和復(fù)合的可能性。
　　 論文第二章詳細(xì)討論了介孔硅鋁分子篩的制備。根據(jù)單質(zhì)鋁在酸性體系中的反應(yīng)特點(diǎn),以微米鋁球?yàn)殇X源,TEOS為硅源,

5、三嵌段共聚物P123為模板劑,在酸性水溶液中,一步直接合成含有籠狀大孔的介孔氧化硅鋁分子篩Al-SBA-15,得到的材料具有p6mm介觀對(duì)稱(chēng)性。經(jīng)過(guò)550℃焙燒后,Al-SBA-15的比表面積大約為500m2/g,Si/Al比在20～80之間,四配位鋁與六配位鋁之比約為2,結(jié)構(gòu)中存在約70～80nm的籠型大孔和約5nm的介孔?？疾炝朔磻?yīng)時(shí)間、酸的濃度和種類(lèi)對(duì)材料的影響。在結(jié)合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上,提出了鋁球界面形成介觀結(jié)構(gòu)的機(jī)理,并運(yùn)用該機(jī)

6、理對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。
　　 論文第三章介紹了溶劑高溫?fù)]發(fā)誘導(dǎo)自組裝(EISA)制備主客體有機(jī).無(wú)機(jī)復(fù)合材料的新方法。選用N-甲基吡絡(luò)烷酮作為溶劑,控制揮發(fā)溫度在100～105℃之間,4-硝基苯肼客體可通過(guò)有機(jī)自組裝的方式填充到主體材料SBA-15的孔道中形成復(fù)合材料,4-硝基苯肼的最高含量在60wt％左右,這與通過(guò)孔容計(jì)算得到的結(jié)果基本一致。該策略中客體可以推廣到其它有機(jī)分子,如苦味酸;主體可推廣到其它介孔材料,如介孔碳。我

7、們認(rèn)為有機(jī)自組裝過(guò)程的實(shí)現(xiàn)與氫鍵的存在密不可分。在高沸點(diǎn)溶劑中,較高溫度下?lián)]發(fā)有助于有機(jī)自組裝過(guò)程的順利進(jìn)行。熱分解性能測(cè)試表明,與純的客體材料相比,納米復(fù)合材料的熱性能發(fā)生了較大改變。
　　 論文第四章介紹了高氯酸銨氧化脫除表面活性劑的新方法。該方法特別適合用來(lái)脫除介孔有機(jī)硅PMOs的模板劑,在酸性的高氯酸銨溶液中,在80℃,經(jīng)高氯酸銨處理后表面活性劑基本脫除干凈,PMOs材料的結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生明顯收縮,骨架中的有機(jī)組分保持穩(wěn)定。

8、該方法也可用來(lái)脫除介孔氧化硅材料的模板劑。同樣在酸性的高氯酸銨溶液中,在100℃,可以徹底脫除介孔氧化硅的聚醚模板劑,骨架結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生明顯收縮,孔道表面的大量硅羥基得以保存。
　　 論文第五章討論了介孔氧化硅負(fù)載Co3O4對(duì)高氯酸銨熱分解的催化作用。選用p6mm,Fm3m,Im3m,和Ia3d四種對(duì)稱(chēng)性的介孔氧化硅作為載體,通過(guò)納米澆筑的方法負(fù)載Co3O4納米顆粒。將Co(NO3)2·6H2O溶解在乙醇溶液中,加入氧化硅載體,