以新型表面活性劑為模板，有序多孔氧化硅的制備及表征.pdf

1、按照國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)的定義，多孔材料孔徑在2～50nm之間的材料稱之為介孔材料，低于2nm稱為微孔材料。超微孔材料一般是指其孔徑介于微孔和介孔臨界區(qū)間，即在1.0-2.0nm范圍內(nèi)的多孔材料，其合成思路、材料性質(zhì)與介孔材料相似。有序介孔材料的制備主要是以表面活性劑的自組裝體系為模板，通過溶膠-凝膠化學(xué)反應(yīng)來完成的。有序介孔材料具有如下特征：(1)具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)；(2)孔徑分布窄，且在2-50nm之間可以調(diào)節(jié)；(

2、3)比表面積大；(4)具有很好的熱穩(wěn)定性與水熱穩(wěn)定性；(5)顆粒具有豐富多彩的外形。因此，有序介孔材料在石油化工、生物催化、吸附分離、光催化、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥載體、光致發(fā)光材料、電極材料和主客體化學(xué)等領(lǐng)域存在誘人的應(yīng)用前景，引起物理、化學(xué)及材料學(xué)等領(lǐng)域的高度關(guān)注，成為跨學(xué)科的研究熱點之一。 本文采用新型的表面活性劑-Gemini表面活性劑(12-4-12·2Br-、12-6-12·2Br-)和咪唑類離子液體(1-烷基-3-甲基-咪

3、唑型如IL8，IL12，IL14，IL16)為模板劑，成功制得了有序性很高、比表面很大的超微孔及介孔二氧化硅；除此之外，還制得了超疏水性無機(jī)一有機(jī)雜化介孔二氧化硅，對介孔二氧化硅進(jìn)行了初步的修飾。 樣品采用小角X射線衍射、N2吸附-脫附、高分辨透射電鏡等技術(shù)進(jìn)行了表征。研究了不同結(jié)構(gòu)表面活性劑、表面活性劑與硅源的比例對介孔材料的孔道結(jié)構(gòu)、比表面積、孔徑分布、孔體積等性能的影響。 本文首次以含有較長聯(lián)接基團(tuán)的Gemini(

4、結(jié)構(gòu)式為[C12H25N+(CH3)2-(CH2)s-N+(CH3)2C12H25]·2Br-，s=4或6，記作12-4-12·2Br-、12-6-12-2Br-)表面活性劑膠束為模板合成了孔結(jié)構(gòu)良好的超微孔二氧化硅材料。當(dāng)表面活性劑與硅源的比例在0.16:1～0.33:1之間時，合成產(chǎn)物為有序性很好的六方相的MCM-41結(jié)構(gòu)。當(dāng)以12-4-12·2Br-作模板劑合成多孔二氧化硅時，N2吸附-脫附實驗結(jié)果表明：等溫線類型為IV型，有序度

5、較高的樣品的最可幾孔徑在1.67nm左右，BET表面積最高可達(dá)1242m2/g。氮?dú)馕胶透叻直嫱干潆婄R結(jié)果一致表明，樣品的孔徑在1.7nm左右，屬于超微孔范疇；當(dāng)以12-6-12·2Br-。為模板劑合成多孔二氧化硅，N2吸附-脫附實驗結(jié)果表明：等溫線類型為IV型，有序度較高的樣品的最可幾孔徑在1.4nm左右，BET表面積最高可達(dá)1178 m2/g。這與高分辨透射電鏡結(jié)果(1.3-1.5nm)基本一致，說明所得到的材料為超微孔二氧化硅。

6、同時，我們發(fā)現(xiàn)孔結(jié)構(gòu)的有序性、比表面隨表面活性劑與硅酸鈉比例的增加而增加，當(dāng)表面活性劑與硅源的比例大于0.08:1時就能得到高質(zhì)量的超微孔二氧化硅。在氣體吸附-脫附曲線上出現(xiàn)Ⅳ型之間的等溫線。在相對壓力P/P0=0.5-1處出現(xiàn)了H1型滯后環(huán)，這是由材料顆粒之間的空隙的毛細(xì)凝結(jié)所引起的。 本文還利用新型的烷基咪唑類離子液體為模板，偏硅酸鈉為硅源，成功制備了高度有序的六方介孔材料，并利用小角X射線衍射、N2吸附-脫附、高分辨透射電

7、鏡等技術(shù)對合成材料進(jìn)行了表征，研究結(jié)果表明，當(dāng)硅源與離子液體(IL16)比例為2:1時，樣品的XRD小角范圍內(nèi)有四個強(qiáng)度很高的衍射峰(分別對應(yīng)于六方結(jié)構(gòu)的100,110,200,210四個晶面)，比表面可達(dá)1727m2/g，孔徑分布比較均一，隨著硅源與離子液體(IL16)比例變化，樣品孔徑在2.03-2.88之間。著重研究了改變表面活性劑、改變pH及改變表面活性劑與硅源的配比對介孔材料的孔道結(jié)構(gòu)、比表面積、孔徑分布、孔體積等性能的影響，