有序介孔氧化硅的改性及復(fù)合介孔材料的合成、結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、有序介孔材料突破了原有的沸石分子篩孔徑范圍過小的局限，將分子篩的規(guī)則孔徑從微孔領(lǐng)域(＜1.5nm)拓展到了介孔領(lǐng)域(＞2nm)。這類新穎的多孔材料具有規(guī)則且連續(xù)可調(diào)的納米級孔道結(jié)構(gòu)，具有量子限域效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)以及介電限域效應(yīng)，在石油化工、生物催化、光催化、環(huán)境保護、醫(yī)藥分離、微型電磁裝置、光致發(fā)光材料、電極材料、信息儲存等領(lǐng)域存在誘人的應(yīng)用前景，自1992年首次合成以來一直成為國內(nèi)外的研究熱點，引起國際物理

2、學(xué)、化學(xué)及材料學(xué)界的高度關(guān)注。 有序介孔材料SBA-15作為新興的納米結(jié)構(gòu)材料，具有規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)，孔徑較大，水熱穩(wěn)定性優(yōu)良等特點，成為當前有序介孔材料領(lǐng)域研究的熱點之一。同時，化學(xué)修飾作為一種功能化手段已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，利用化學(xué)修飾對SBA-15進行功能化，改善介孔分子篩的性能，已受到越來越多研究人員的關(guān)注。本論文選擇有序介孔氧化硅分子篩SBA-15為研究對象，對孔道進行表面修飾及骨架摻雜，并對其產(chǎn)物的光學(xué)性能進行了研究。

3、本論文主要包括以下幾個方面的內(nèi)容： 1.采用水熱合成方法在強酸條件下合成SBA-15材料。結(jié)果表明合成試樣的孔徑尺寸單一，孔道呈六方排列，具有良好的長程有序結(jié)構(gòu)，是典型的有序介孔結(jié)構(gòu)材料。并通過正交設(shè)計，優(yōu)化了實驗方案，成功制備出具有規(guī)整微觀形貌的SBA-15材料，其最可幾孔徑為8.22nm，熱穩(wěn)定性優(yōu)良。 2.考察了HCl用量對有序介孔材料結(jié)構(gòu)及形貌的影響。分析認為，在合成SBA-15時，HCl的存在一是起催化作用，在

4、強酸性的條件下可促進TEOS的水解，生成更多的硅酸根離子；二是為反應(yīng)體系提供中間過渡離子Cl-，并促進硅酸根離子的聚合；三是HCl的加入對非離子型表面活性劑在水溶液中形成棒狀膠束的臨界膠束濃度(CMC)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致CMC降低，促使棒狀膠束形成六方有序排列；另外，HCl的用量而且對合成有序介孔氧化硅SBA-15材料的形貌有顯著影響，并可降低SBA-15材料中微孔的數(shù)量。 3.以合成的SBA-15為主體材料，采用后合成法，成功把不

5、同稀土配合物及異核稀土配合物組裝進用丙胺基三乙氧基硅烷(APTES)進行硅烷化處理的SBA-15中，得到Eu(DBM)3phen/APTES-SBA-15、Tb(DBM)3phen/APTES-SBA-15及(Y,Eu)(DBM)3phen/APTES-SBA-15介孔復(fù)合材料。制備的介孔復(fù)合材料仍然保持了介孔氧化硅SBA-15材料的有序結(jié)構(gòu)，長程有序度較好；介孔復(fù)合材料比配合物本身具有更高的色純度和光穩(wěn)定性。非熒光稀土離子Y3+的協(xié)同

6、作用使得(Y,Eu)(DBM)3phen/APTES-SBA-15同樣具有良好的熒光發(fā)射。4.分別以不同孔徑大小的有序介孔氧化硅為載體，通過硅烷化作用，將Eu(DBM)3phen組裝進有序介孔氧化硅的孔道內(nèi)，考察了孔徑大小對負載Eu(DBM)3phen配合物的影響。分析發(fā)現(xiàn)，孔徑越小，發(fā)光純度越高。但隨著載體孔徑的減小，負載Eu(DBM)3phen配合物的量也減少，熒光強度有所降低。 5.利用共沉淀法一步合成了棒狀有序介孔鋅摻雜

7、復(fù)合材料MZS，其鋅含量較高，具有六方有序孔結(jié)構(gòu)，孔徑較大。所合成的介孔復(fù)合材料具有規(guī)則棒狀形貌且有一定取向，長度可達1μm。本文所采用的一步共沉淀法與后合成法在介孔材料孔道中裝載ZnO納米粒子相比，可以使更多的鋅進入到硅氧骨架中，并取代Si原子形成大量的Si-O-Zn交聯(lián)鍵。由于鋅的摻雜使得復(fù)合材料中缺陷增多，繼而引起光學(xué)性質(zhì)上的顯著變化，熒光性能大大增強。分析認為，摻雜引起的熒光發(fā)射與缺陷有關(guān)，其熒光性能強于裝載所表現(xiàn)的熒光性能。