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1、介孔材料的调孔方法及机理/曹渊等·27·3介孔材料的调孔方法及机理曹渊,魏红娟,王晓(重庆大学化学化工学院,重庆400044)摘要介孔材料孔径调节可通过改变表面活性剂及添加辅助剂来实现,其作用机理是在介孔材料形成过程中改变胶束的大小;改变组成配比和温度等反应条件也能实现调孔,这可能涉及合成机理的变化。相比而言,前2种方法运用得较多,也更有效。关键词介孔材料孔径表面活性剂辅助剂MethodsandMechanismsofTuningPoreSizeofMesoporousMaterialsCAOYuan,WEIHongjuan,WANGXiao(CollegeofChe
2、mistryandChemicalEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044)AbstractAdjustingporesizesofmesoporousmaterialscanbeachievedbychangingsurfactantandaddingauxi2liaryagents,correspondingmechanismofwhichistochangethesizesofmicellesintheformationofmesoporousmate2rials;changingcompositionrat
3、ioandtemperaturecanalsoadjustporesize,andchangesinsynthesismechanismmaybeinvolved.Incontrast,theformertwomethodsareusedmoreandalsoefficient.Keywordsmesoporousmaterials,poresize,surfactant,auxiliaryagent介孔材料的制备机理主要有液晶模板机理(Liquidcrys20引言taltemplatemechanism,LCT)、协同作用机理(Cooperative国际纯粹与应用化
4、学联合会(IUPAC)规定,有序介孔材formationmechanism,CFM)、广义模板机理等,而被大众承料的孔径在2～50nm之间,有效地弥补了微孔(如沸石分子认的是液晶模板机理。该机理认为形成介孔材料可能存在2筛)与大孔材料(如活性炭)的缺陷。早在1971年,介孔材料条途径:第一条是表面活性剂先形成棒状胶束并排列成规则的合成就已有研究,只是1992年M41S系列介孔材料被报道结构的液晶相,加入无机硅源后,硅物种沉积聚合在液晶相后,才更受青睐。介孔材料由于具有规整的结构、较高的比周围形成六角结构的有机2无机杂化体(如图1途径①);第二表面积、均匀可调的孔径,在
5、吸附、分离、催化、化学传感器、条是硅源加入后,硅物种与表面活性剂胶束相互作用,通过可控释放等领域有了更加广泛的应用。自组装作用而形成规则六角结构的有机2无机杂化体(如图1介孔材料已经形成多种系列,主要有MCM(MCM241和途径②)。MCM248)、SBA(SBA215和SBA216)、FDU等。其中,M41S系列孔径在1.5～10nm范围可调;六方相的SBA215孔径为4.6～30nm;三维立方相的FDU25孔径为4.5～9.5nm;具有三维立体交叉排列的蠕虫状孔道的MSU孔径为0.78～3.94nm。介孔材料的制备方法主要有溶胶2凝胶法、水热法及微波合成法等,而溶
6、胶2凝胶法和水热法在目前应用最多,微波合图1液晶模板机理示意图成法则开始被越来越多的研究者试用。由于孔道结构、孔径Fig.1MechanismofLCT大小和孔容积直接体现了介孔材料的优良性能,也就影响着一般认为,控制孔径是从改变胶束的尺寸和体积入手,其潜在用途。例如,增大孔径为载入到孔道内的离子或原子主要有以下几种方法。簇提供了较大的空间,有利于反应物和溶剂分子在孔道中的扩散。虽然合成不同孔径的介孔材料已取得了长足的进展,1改变表面活性剂但从机理上增大孔径,并较准确地控制使孔结构和孔分布,不同的表面活性剂对孔径和孔径分布都有很大的影响。还是一个尚待研究的问题。3中国
7、博士后科学基金(20080440696);重庆大学“211工程”三期创新人才培养研究生开放实验室项目(S209103);重庆大学研究生创新基金(200904A010305)曹渊:男,1963年生,博士,副教授,研究方向为材料化学、微波化学E2mail:caoyuan@cqu.edu.cn·28·材料导报:综述篇2010年6月(上)第24卷第6期1.1改变表面活性剂碳链的长度较大的胶束,产物孔径在9nm以上,孔径分布很宽,上下幅度以不同脂肪链长的表面活性剂(长链季铵盐和中性有机为20nm左右,原因是模板剂脱除后,焙烧时由于孔径尺寸[1-3]胺)或不同链
