介孔材料的介觀結構與形貌控制.pdf

1、盡管介孔材料的研究歷史只有十幾年,其獨特的結構與性質吸引了來自很多領域的科學家。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,孔徑尺寸相對較大并且在一定范圍內可調,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,介孔材料的宏觀結構也對其應用有著重要影響。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,因而其傳質阻力有很大差別;同時,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,對介孔材料的形貌控制長期以來一直是介孔材料研究領域的熱點。本論文將針對目前制各介孔材料的兩大方法分別對制備的介孔材料進行形貌和孔道控制。
　　 對于經典以表面活性劑膠束為模板制備介孔材料的溶膠凝膠法,我們選取相對研究較少的HMS(hexagonalmesoporoussilica)為研究對象。HMS因其三維聯(lián)通的孔道而相對其他直孔道介孔材料更利于客體分子的孔道內擴散,使其在吸附及催化領域有著廣泛應用。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控。在第二章中,我們發(fā)現(xiàn)了一種同時控制HMS形貌和介觀結構的簡便方法:通過調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、交錯薄片、土豆狀囊泡、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。在對體系進行深入研究后我們提出了一套機

4、理來解釋這一特殊的形貌變化規(guī)律和雙孔結構。反應開始時的層狀/囊泡狀膠束決定了最終產物的宏觀形貌。雙孔結構的形成是由反應過程中層狀結構向蠕蟲狀結構的轉化導致的,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構演化會在初始骨架的基礎上影響產品的宏觀形貌。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入材料內部進行吸附和催化,同時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.介孔多級孔道沸石材料的方法中,聚合物誘導膠體凝聚法(polymerization-inducedcolloidaggregation,PICA)由于易于控制,合成效果好而受到越來越多的關注。第三章通過使用未經洗滌的納