介孔二氧化硅的制備及機理的原位熱化學(xué)研究.pdf

1、有序介孔材料是指孔徑在2 nm-50 nm之間(通常指1.5 nm-50 nm)，孔道在空間排列有序的多孔材料，它的制備是以表面活性劑的自組裝體系為模板來完成的。介孔材料因具有大而均一的孔道、高比表面積及相對良好的穩(wěn)定性而在許多領(lǐng)域，如催化劑與催化劑載體、吸附與分離、環(huán)境保護、主客體化學(xué)、仿生和其它功能材料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 介孔材料的合成反應(yīng)過程是很復(fù)雜的，對介孔材料的制備中所涉及到的有關(guān)機理研究較少，對其解釋的還不夠全面和深

2、入。本論文在文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用熱化學(xué)的方法對其進行原位研究，根據(jù)實驗所得的p-t曲線制備中間產(chǎn)物，并對其進行了小角X-射線衍射(SXRD)、掃面電子顯微鏡(SEM)、N2吸附-脫附等技術(shù)表征，探討SiO2介孔材料的形成機理。同時，在實驗室原有的研究基礎(chǔ)上，利用探索的最佳實驗條件，在開展新的合成體系與合成路線方面作了嘗試。即利用PAM和CTAB以及β-CD和DTAB、TTAB自組裝形成的超分子模板合成了介孔材料。主要工作如下：

3、 1.用PAM和CTAB組成的超分子為模板，在65℃下，水浴4 h的條件下制備介孔二氧化硅。發(fā)現(xiàn)加入少量PAM，樣品的有序性變好，孔道中心之間的距離a0增加。棒狀顆粒隨PAM濃度增加長度和直徑都變小。當(dāng)PAM濃度增加至一定濃度時，出現(xiàn)團聚現(xiàn)象。 2.分別用DTAB、TTAB和β-CD組成的超分子結(jié)構(gòu)為模板，65℃下，水浴4 h的條件下制備介孔二氧化硅材料。結(jié)合師姐研究結(jié)果研究不同長度的烷基鏈和β-CD的包和情況，得出了如下結(jié)論：

4、DTAB能與β-CD形成1：1的包合物；而TTAB與β-CD能形成1：1和1：2兩種包合物。且β-CD的加入有利于生成球形顆粒，但是濃度過大時，樣品變得無規(guī)則。 3.介孔材料的合成是分步進行的，不同的反應(yīng)過程能量差別較大，隨時間的增加，樣品的形貌變化不大，但是比表面積，壁厚，孔徑有相應(yīng)的變化。根據(jù)p-t曲線及中間產(chǎn)物的SXRD、N2吸附-脫附、SEM、TEM和TG結(jié)果的分析，我們認為介孔二氧化硅的合成過程不能用統(tǒng)一的機理來簡單概

5、括，不同的反應(yīng)體系中由于具體的反應(yīng)條件不同，反應(yīng)的機理也不盡相同。但是在介孔材料的形成過程中至少包含2個過程，一是表面活性劑與加入的無機離子自組裝過程，無機離子和有機表面活性劑之間的主要相互作用力為靜電作用。二是硅酸鹽的進一步水解和縮合。在界面區(qū)域硅酸鹽陰離子聚合改變了無機層的電荷密度，使表面活性劑之間的相互作用大小發(fā)生變化，該變化有可能導(dǎo)致新的液相的產(chǎn)生。但是新液相的產(chǎn)生不是必然的，它受無機層的電荷密度，無機物種和有機表面活性劑之間的