介孔材料概述

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1、关于介孔材料的综述人类社会的进步与材料科学的发展密切相关Ib2］,尤其是近儿十年中，出现了许多具有特殊功能的新材料，其中介孔材料就是一种。介孔材料是指孔径为2.0~50nm的多孔材料，如气凝胶、柱状黏土、M41S材料。上世纪九十年代以来，有序介孔材料由于其特殊的性能已经成为目前国际上跨学科的研究热点之一o从最初的硅基介孔材料到其他非硅基介孔材料，各种形貌与结构的介孔材料已制备出来［4］。目前有关介孔材料的研究还处于起步阶段，制备工艺、物理化学性质=质尚需进一步开展和改进。但是，由于它具有较大的比表面积，孔径极为均

2、一、可调，并且具有维度有序等特点，因而在光化学、生物模拟、催化、分离以及功能材料等领域己经体现出重要的应用价值。有序介孔材料具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔道结构，在催化反应中适用于活化较大的分子或基团，显示出了优于沸石分子筛的催化性能。有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时，能够减少固休酸催化剂上的结炭，提高产物的扩散速度。另外，还可在有序介孔材料骨架中引入金属离子及氧化物等改变材料的性能，以适用于不同类型的催化反应。介孔材料的概述介孔材料是指孔径介于2-50nm,具有显著表面效应的多孔碳。由其定义可

3、知，介孔材料不仅指孔径大小和纳米尺度，孔隙率和表而效应也是一个重要参数。介孔材料的平均孔径和孔隙率可在较大范围内变化，这取决于所研究的与表面有关的性能。对于具有介观尺度孔径2-50nm的介孔固体，对应的临界表面原子分数人于20%,其最小孔隙率必须大于40%。一般，平均孔径越大，最小的孔隙率也越大。纳米颗粒复合的介孔碳的复合体系，是近年来纳米科学应用性越来越引人注冃的前沿领域。例如，在水的净化处理中采用复合介孔碳可使净化效率大大提高，光电碳中使用复合介孔碳有利于新功能的发挥等等。二、介孔材料的分类按照化学组成分类，

4、介孔碳一般可分为硅系和非硅系两大类。1.硅基介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则，并且技术成熟,研究颇多。硅系材料可用催化，分离提纯，药物包埋缓释，气体传感等领域。硅基材料又可根据纯硅和掺杂其他元素而分为两类。进而可根据掺杂元素种类及不同的元素个数不同进行细化分类。杂原子的掺杂可以看作是杂原了取代了原来硅原了的位置，不同杂原子的引入会给材料带来很多新的性质，例如稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的变化等等。2.非硅系介孔材料主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等。如TiO2、A12O3、ZnS5磷酸铝

5、珞错(ZrCrAlPO)和磷酸铝辂(CrAlPO)[6],它们一般存在着可变价态，有可能开辟介孔材料新的应用领域。由于它们一般存在着可变价态，有可能为介孔材料开辟新的应用领域，展示硅基介孔材料所不能及的应用前景。例如：铝磷酸基分子筛材料中部分P被Si取代后形成的硅铝磷酸盐(silicon-aluminophosphatc,SAPOs)、架构中引入二价金属的铝磷酸盐(metal-substitutedAIPOs,MAPOs)已广泛应用丁•吸附、催化剂负载、酸催化、氧化催化(如甲醇烯坯化、碳氢化合物氧化)等领域。内表

6、面积大和孔容量高的活性炭，由于具有高的吸附量以及可从气液中吸附不同类型的化合物等特性已成为主要的工业吸附剂。此外介孔碳制得的双电层电容器材料的电荷储量高于金属氧化物粒子组装后的电容量，更是远高于市售的金属氧化物双电层电容器。二氧化钛基介孔材料具有光催化活性强、催化剂载容量高的特点，其结构性能和表征方面的研究颇多。按照介孔是否有序，介孔材料可分为无定形(无序)介孔材料和有序介孔材料。1、无序介孔材料如普通的Si02气凝胶、微晶玻璃等，孔径范围较大，孔道形状规则。2、有序介孔材料是以表面活性剂形成的超分子结构为模板,

7、利用溶胶-凝胶工艺，通过有机物和无机物之间的界面定向导引作用组装成一类孔径约在1.5-30nm,孔径分布窄且有规则孔道结构的无机多孔材料。如M41S系列⑺、SBA系列⑻等介孔SiO2材料，以及非硅基的TiO2、Mn02等半导体技术有序介孔材料。按碳性质，介孔材料可分为纯介孔材料和复合介孔材料。三、介孔材料的合成合成介孔材料的方法有溶胶-凝胶法、水热合成法、微波合成法、相转变法和沉淀法等。但冃前应用放多的是溶胶-凝胶法和水热合成法。1＞溶胶一凝胶法以不同类型的模板剂（如表而活性剂）所形成的超分子自聚体为模板，通过溶

8、胶-凝胶过程，在无机物与有机物之间的界面定向引导作用下自组装成介孔材料。根据模板不同可分为：表面活性剂模板、嵌段共聚物模板和有机小分子模板等。RyooRE⑷等利用阳离子表面活性剂烷基三甲基澳化鞍为模板剂合成出介孔材料。高玲等问采用溶胶-凝胶-热解工艺,以PEG・400为结构导向模板剂，合成出介孔WO3薄膜。通过测试表明，所制备的介孔W03薄膜材料为立方晶相，其平均孔径在6