有序介孔氧化硅的改性及复合介孔材料的合成、结构与性能研究

论文摘要

有序介孔材料突破了原有的沸石分子筛孔径范围过小的局限，将分子筛的规则孔径从微孔领域（＜1.5nm）拓展到了介孔领域（＞2nm）。这类新颖的多孔材料具有规则且连续可调的纳米级孔道结构，具有量子限域效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应以及介电限域效应，在石油化工、生物催化、光催化、环境保护、医药分离、微型电磁装置、光致发光材料、电极材料、信息储存等领域存在诱人的应用前景，自1992年首次合成以来一直成为国内外的研究热点，引起国际物理学、化学及材料学界的高度关注。 有序介孔材料SBA-15作为新兴的纳米结构材料，具有规整孔道结构，孔径较大，水热稳定性优良等特点，成为当前有序介孔材料领域研究的热点之一。同时，化学修饰作为一种功能化手段已被广泛应用于各个领域，利用化学修饰对SBA-15进行功能化，改善介孔分子筛的性能，已受到越来越多研究人员的关注。本论文选择有序介孔氧化硅分子筛SBA-15为研究对象，对孔道进行表面修饰及骨架掺杂，并对其产物的光学性能进行了研究。本论文主要包括以下几个方面的内容： 1．采用水热合成方法在强酸条件下合成SBA-15材料。结果表明合成试样的孔径尺寸单一，孔道呈六方排列，具有良好的长程有序结构，是典型的有序介孔结构材料。并通过正交设计，优化了实验方案，成功制备出具有规整微观形貌的SBA-15材料，其最可几孔径为8.22nm，热稳定性优良。 2．考察了HCl用量对有序介孔材料结构及形貌的影响。分析认为，在合成SBA-15时，HCl的存在一是起催化作用，在强酸性的条件下可促进TEOS的水解，生成更多的硅酸根离子；二是为反应体系提供中间过渡离子Cl-，并促进硅酸根离子的聚合；三是HCl的加入对非离子型表面活性剂在水溶液中形成棒状胶束的临界胶束浓度（CMC）产生影响，导致CMC降低，促使棒状胶束形成六方有序排列；另外，HCl的用量而且对合成有序介孔氧化硅SBA-15材料的形貌有显著影响，并可降低SBA-15材料中微孔的数量。 3．以合成的SBA-15为主体材料，采用后合成法，成功把不同稀土配合物及异核稀土配合物组装进用丙胺基三乙氧基硅烷（APTES）进行硅烷化处理的SBA-15中，得到Eu（DBM）3phen／APTES-SBA-15、Tb（DBM）3phen／APTES-SBA-15及（Y，Eu）（DBM）3phen／APTES-SBA-15介

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 介孔材料及有序介孔材料
• 1.2 有序介孔材料的合成及分类
• 1.2.1 有序介孔材料的合成
• 1.2.2 有序介孔材料的分类
• 1.3 有序介孔材料合成机理的研究进展
• 1.4 介孔材料功能化及其应用
• 1.4.1 金属及其化合物的组装及应用
• 1.4.2 非金属及其化合物在介孔材料中的组装及应用
• 1.4.3 介孔材料在环保方面的应用
• 1.4.4 介孔材料在光学性能方面的应用
• 1.4.5 介孔分子筛研究中存在的主要问题和发展方向
• 1.5 本课题的研究目的及意义
• 1.5.1 研究背景
• 1.5.2 问题的提出
• 1.5.3 本论文工作概述
• 第2章 合成工艺与表征手段
• 2.1 介孔氧化硅SBA-15材料的合成工艺
• 2.1.1 有序介孔氧化硅的合成实验
• 2.1.2 SBA-15合成工艺的优化
• 2.1.3 HCl对合成SBA-15材料微观结构及形貌的影响
• 2.2 稀土配合物在介孔SBA-15中的组装工艺
• 2.2.1 有序介孔氧化硅SBA-15的硅烷化
• 3phen在APTES-SBA-15中的组装'>2.2.2 RE（DBM）₃phen在APTES-SBA-15中的组装
• 3phen在APTES-SBA-15中的组装'>2.2.3 异核配合物（Y,Eu）（DBM）₃phen在APTES-SBA-15中的组装
• 2.3 有序介孔锌掺杂氧化硅复合材料的合成工艺
• 2.3.1 实验原料
• 2.3.2 MZS的合成工艺
• 2.4 表征手段
• 第3章 有序介孔氧化硅SBA-15的结构与形貌表征
• 3.1 介孔氧化硅材料的合成结果分析
• 3.2 合成SBA-15的正交实验结果分析
• 3.2.1 水热阶段正交实验
• 3.2.2 晶化阶段正交实验
• 3.2.3 结果分析与讨论
• 3.3 HCl对合成SBA-15材料微观结构及形貌的影响分析
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 SEM分析
• 2吸附-脱附分析'>3.3.3 N₂吸附-脱附分析
• 3.4 结论
• 第4章 稀土配合物在有序介孔氧化硅孔道中组装的机理及光学性能研究
• 4.1 有序介孔氧化硅SBA-15的改性与功能化
• 4.1.1 嫁接法
• 4.1.2 涂层
• 4.1.3 共聚
• 4.1.4 镶嵌
• 4.2 有序介孔氧化硅组装稀土配合物的机理及研究现状
• 3+的光谱性质'>4.2.1 Ln³⁺的光谱性质
• 4.2.2 稀土配合物的发光机理
• 4.2.3 稀土配合物组装化学的研究现状
• 4.3 RE（Rare Earth）配合物在介孔SBA-15中的组装及其光学性能的研究
• 4.3.1 有序介孔氧化硅SBA-15的硅烷化
• 3phen在APTES-SBA-15中的组装'>4.3.2 RE（DBM）₃phen在APTES-SBA-15中的组装
• 3phen在介孔SBA-15中的组装及其光学性能的研究'>4.4 异核配合物（Y,Eu）（DBM）₃phen在介孔SBA-15中的组装及其光学性能的研究
• 4.4.1 XRD分析
• 4.4.2 TEM分析
• 4.4.3 FTIR分析
• 2吸附-脱附分析'>4.4.4 N₂吸附-脱附分析
• 4.4.5 TG／DTG分析
• 4.4.6 PL分析
• 4.5 孔径大小对介孔复合材料的结构与发光性能的影响
• 4.5.1 XRD分析
• 4.5.2 微观形貌及结构分析
• 4.5.3 PL分析
• 4.6 结论
• 第5章 有序介孔锌掺杂氧化硅复合材料的合成及性能研究
• 5.1 介孔氧化硅掺杂的一般机理
• 5.2 锌掺杂介孔材料研究现状
• 5.3 有序介孔复合材料MZS的结构与性能表征
• 5.4 结论
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 博士学习期间已经发表或已完成的论文
• 致谢