形貌可控的功能化介孔材料的合成与表征

论文摘要

高度有序的介孔分子筛材料自1992年问世以来便受到了化学、材料学、医药科学、环境科学等多个学科的普遍关注。由于该类介孔分子筛材料具有较大的比表面积、孔体积,在2-50 nm范围内均匀可调的孔径,高度有序的介观结构,以及表面易于功能化等一系列的优点,使该类材料在非均相催化、吸附载体、分离提纯、生物医药、光学、电子等领域都具有潜在的应用价值。目前广泛研究的硅基介孔材料由于其骨架由二氧化硅组成,仅仅具有少量的弱酸活性中心,基本不具备催化功能,不能充分发挥介孔材料孔径大和结构有序的优越性。通过向介孔材料的孔壁上掺杂其他原子,或在介孔分子筛材料的表面修饰一些有机基团,赋予硅基介孔分子筛材料更好的吸附及催化性能已成为近年来介孔材料研究领域的热点课题,该领域的研究人员已利用不同的表面活性剂作为结构导向剂,采用不同的合成策略和方法,得到了具有不同结构、不同孔径和不同功能化的介孔材料。我们在本论文中选择了N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和氯丙基三乙氧基硅烷两种硅烷偶联剂作为有机硅源,采用不同的合成策略来制备适合于不同应用环境需求的新型有机功能化介孔硅材料。应用嫁接法与一步法合成了表面氨基功能化的在SBA-15介孔分子筛材料,比较后发现嫁接法能保持母体的形貌,而一步法对介孔材料有机功能化更加有利,可使表面有机基团的含量提高到25 %。在此基础上,我们通过一步法又合成了表面氯丙基功能化的SBA-15介孔分子筛、并以阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠为模板剂合成了具有六方相的表面氨基化介孔硅分子筛材料。通过X射线粉末衍射、氮气吸附-脱附实验、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、元素分析等分析技术对材料的形貌以及孔结构做了较详细的表征。在本论文中我们还利用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠在酸性不稳定、碱性稳定的特点,首次提出了酸性晶化脱模能够同时进行的合成理念,非常便利地一步脱掉像十二烷基硫酸钠这种具有酯类结构特点的表面活性剂。在合成中应用不同溶剂、不同化学辅助添加剂对产物的形貌进行调控,得到了球形、麦穗状、腰果、纤维状等不同形貌的有机功能化介孔硅分子筛材料。在本文中我们总结了控制两种硅源的不同摩尔比、两种硅源的不同加入时间以及加入不同的过渡金属元素、不同的反应温度、有机添加剂、表面活性剂等反应条件对介孔分子筛材料其孔道结构参数的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 介孔材料概述
• 1.1.1 介孔材料的分类
• 1.2 介孔材料的合成
• 1.2.1 介孔材料的合成特征
• 1.2.2 介孔材料的合成机理
• 1.2.3 介孔材料的合成方法
• 1.3 介孔材料的功能化
• 1.3.1 嫁接法
• 1.3.2 共缩聚法
• 1.3.3 有序介孔有机硅法
• 1.4 有序介孔材料的表征手段
• 1.4.1 X-射线粉末衍射
• 2 吸附-脱附'>1.4.2 N₂吸附-脱附
• 1.4.3 扫描电子显微镜
• 1.4.4 透射电子显微镜
• 1.5 介孔材料的应用
• 1.5.1 在催化剂方面的应用
• 1.5.2 在纳米材料方面的应用
• 1.5.3 在吸附方面的应用
• 1.5.4 在生物医药方面的应用
• 1.6 论文选题思路
• 1.6.1 选题意义
• 1.6.2 论文主要内容
• 第2章 嫁接法合成功能化的 SBA-15 介孔分子筛及其表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 介孔材料的制备
• 2.2.3 材料的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 SBA-15 介孔材料
• 2-G 介孔材料'>2.3.2 SBA-15-NH₂-G 介孔材料
• 2-D 介孔材料'>2.3.3 SBA-15-NH₂-D 介孔材料
• 2.3.4 氨基化SBA-15 的合成方法比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 一步法合成氯丙基功能化的 SBA-15
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 一步法合成氯丙基功能化的SBA-15
• 3.2.3 材料表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 SBA-15-Cl 介孔材料的典型合成
• 3.3.2 温度对材料的影响
• 3.3.3 辅助溶剂对材料的影响
• 3.3.4 辅助表面活性剂对材料的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 以十二烷基硫酸钠为模板剂合成介孔材料
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 介孔材料的合成
• 4.2.3 材料表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 以阴离子表面活性剂为模板剂合成的介孔材料
• 4.3.2 硅源加入时间对材料的影响
• 4.3.3 水热晶化对材料的影响
• 4.3.4 两种硅源摩尔比对材料的影响
• 4.3.5 加入不同过渡金属对材料的影响
• 4.3.6 酸性条件对材料的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献