资源描述：
《硅基介孔材料的合成机理及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、第28卷第1期河北理工学院学报Vol128No112006年2月JournalofHebeiInstituteofTechnologyFeb.2006文章编号:100722829(2006)0120075205硅基介孔材料的合成机理及其应用张爱菊,沈毅,李子成(河北理工大学材料学院,河北唐山063009)关键词:介孔材料;机理;应用摘要:对近年来介孔材料的最新研究进展进行了综述。就介孔材料的主要合成机理,即液晶模板机理、棒状自组装模型、协同作用机理和电荷密度匹配机理等进行了简要介绍,对介孔材料在催化、环境、生物、光学、电磁学等领域的应用情况进行了总结,并对未来的发展趋势进行了展望。+
2、中图分类号:TQ050.47文献标识码:A1992年,美孚(Mobil)公司的研究人员用表面活性剂液晶模板法合成出了结晶硅酸盐/硅铝酸盐介孔分[1,2]子筛系列材料M41S,该系列材料包括六方状的MCM-41、立方状的MCM-48和层状的MCM-50等,2其孔道呈规则排列,孔径在1.5～10nm范围内可连续调节,具有巨大的比表面积(1000m/g)和良好的热及水热稳定性。该材料的出现,将沸石的微孔规则半径扩展到了介孔区域,使沸石中难以完成的大分子催化、吸附和分离等过程变为可能,显示出广阔的应用前景。1介孔材料的合成硅基介孔材料的合成一般需要水、表面活性剂、硅源和催化剂等四种基本物质。
3、表面活性剂主要有烷基铵类阳离子表面活性剂,中性长链有机胺及聚氧乙烯型非离子表面活性剂,其中以烷基铵类阳离子表面活性++剂最为常用,如CnH2n+1(CH3)3N,在8≤n≤22时均可以形成介孔材料,而[C16H33(CH3)3NBr(简称CTAB)则被广泛用于制备各种介孔材料及有机/无机复合物。硅源包括有机硅源和无机硅源,前者如正硅酸乙酯,正硅酸甲酯等醇盐;后者如水玻璃,白炭黑等。催化剂为酸或碱,用于调节溶液的pH值,促进水解和自组装作用的进行。介孔材料的合成,其目的是为了使表面活性剂和无机源发生界面反应,通过某种协同或自组装方式形成由无机离子聚集体包裹的规则有序的胶束组装体,以获得
4、规则有序的介孔材料。材料合成过程虽基本一致,但因为各种因素,如表面活性剂、硅源、反应物浓度、反应pH值、反应时间及浓度等的不同,可合成不同结构的介孔材料。2介孔材料的结构分类介孔材料由于是在水溶液中合成的,因此许多工艺参数,如表面活性剂的种类及用量、反应温度、反应时间以及体系的pH值等,都会影响其微观结构。至今,已有多种结构、多种元素(包括元素掺杂和非硅分子筛)的介孔材料被制备出来。[1,2]最常见的介孔材料是MCM系列,是Mobil公司的研究人员开发的系列分子筛,其硅基介孔材料部分即M41S系列,包括三种结构:六方相的MCM-41;立方相的MCM-48和层状结构的MCM-50,其结
5、构示意图如图1所示。其中MCM-41材料的结构最具有特色,是目前研究较多的一种结构类型。收稿日期:2005205227作者简介:张爱菊(1981-),女,河北衡水人,河北理工大学材料学院硕士生。76河北理工学院学报第26卷(a)MCM-41;(b)MCM-48;(c)MCM-50图1三种典型的孔材料结构示意图除了以上三种常见系列结构外,又合成了一系列不同结构的介孔材料,其中还有SBA-n系列,MSU系列,HMS,APMs和FSM-16等结构类型。3介孔材料的合成机理表面活性剂模板与无机物之间通过协同自组装是形成介孔材料的主要原因。为解释介孔材料的的形成机理即表面活性剂和无机物之间的相
6、互作用,人们提出了多种作用合成机理。其中有代表性的有以下四种:液晶模板机理、棒状自组装机理、协同作用机理和电荷密度匹配机理。3.1液晶模板机理(Liquidcrystaltemplatingmechanism,简写为LCT)[3]这个模型是由Beck等首先提出的。他们认为具有双亲基团的表面活性剂(如CTMAB)在水中达到一定浓度时可形成棒状胶束,并规则排列形成液晶结构。当硅源物质加入时,通过静电作用,硅酸根离子可与亲水的带电表面活性剂离子相结合,并附着在有机表面活性剂胶束的表面,并在其表面上形成无机墙,两者在溶液中共同聚沉,产物经水洗、干燥、煅烧除去表面活性剂,只留下骨架状规则排列的
7、硅酸盐网络,从而得到介孔MCM-41材料,其合成过程的示意图如图2所示。(1)溶致液晶相促成;(2)硅酸根阴离子促成图2MCM-41介孔材料合成机理示意图在模型中,他们又提出了两种可能的合成途径:一是六方有序排列的表面活性剂液晶结构在硅源物质添加之前已形成,硅源物质一步步充填在胶束周围,如图2中途径(1)所示;二是由于硅源物质的加入导致了棒状胶束的形成并经过自组装进行六方排列,然后与硅源物质结合,如图2中途径(2)所示。实际上,在他们的实验中,表面活性剂浓
