介孔分子筛制备、表征及应用

论文摘要

介孔分子筛具有有序的孔道、丰富的表面羟基和形貌。利用介孔分子筛有序孔道为模板，经过前驱物渗透→前驱物转化→脱模制备一维材料，文献中已有很多报道。事实上，由于扩散阻力的影响和分子筛外表面的吸附作用，利用分子筛孔道进行‘纳米浇铸’（nanocasting）制备一维材料，结果往往不令人满意。文献报道，在活性基团（羟基、羰基、羧基、醚键等含氧基团）定向排列的物理模板表面上，通过活性基团和金属离子的配位作用，使金属离子有序排列，可以得到金属纳米线。介孔分子筛具有丰富的表面羟基，以介孔分子筛表面为模板，利用分子筛表面羟基的弱配位能力（亲核性）和表面形貌的多样性，选择合适的反应物和介质，有望在分子筛表面上实现一维材料的控制合成。 我们制备了MCM-41、MCM-48和SBA-15三种硅基介孔分子筛，制备了有机杂化介孔分子筛和金属离子改性介孔分子筛，并对上述分子筛进行了XRD、氮气吸附-脱附、IR、SEM表征。发现在物系中能形成多聚酸根的钒酸盐，在表面活性剂用量较低（CTAB／SiO2=0.4，molar ratio）的情况下，容易得到有序性较好的V／MCM-48分子筛。 探索了介孔分子筛在无机纳米合成中的应用。用分子筛表面为模板，以GaCl3作镓源、NaN3作氮源，苯热法（280-300℃）制备了GaN纳米棒、纳米管、纳米环和纳米晶；以GaCl3作镓源、Li3N作氮源，苯热法（260-300℃）制备了GaN纳米线和纳米晶。以GaCl3作镓源，在受潮分子筛表面上，苯热法（280-300℃）制备了β-Ga2O3纳米棒，而β-Ga2O3通常在高温下（600℃）才能得到。在GaCl3、Na3P和二甲苯反应物系中，以分子筛表面作模板，低温下（70℃）制备了GaP纳米树枝（GaP dendrites）。对上述纳米材料进行了XRD、TEM、HRTEM、EDS、SEM、XPS表征。 发现了分子筛表面羟基的配位-催化作用和分子筛表面形貌的‘助吸附’作用。这两者共同作用，不仅可以提高产物的产率、结晶度，也有助于实现纳米材料的形貌控制合成。对上述不同材质、不同形貌纳米材料在分子筛表面的生长机理，进行了有益的探索。提出了羟基促进→前驱物成膜→薄膜卷曲→成棒的纳米棒生长机理；提出了SLS（solution-liquid-solid）引发的纳米管顶端生长（tip-growth）和基底生长（base-growth）机理；提出了羟基定位-凹面辅助的纳米环生长机理；在

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 模板法制备介孔分子筛
• 1.1.2 硅基介孔材料的合成
• 1.1.3 非硅基介孔材料的合成
• 1.1.4 介孔分子筛的研究热点
• 1.2 本文的工作思路和主要创新点
• 1.2.1 工作思路
• 1.2.2 主要创新点
• 参考文献
• 第2章 介孔分子筛的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 产物分析与测试
• 2.3 MCM-41分子筛的制备与表征
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.4 MCM-48分子筛的制备与表征
• 2.4.1 实验部分
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.5 SBA-15分子筛的制备与表征
• 2.5.1 实验部分
• 2.5.2 结果与讨论
• 2.6 有机杂化介孔分子筛的制备与表征
• 2.6.1 实验部分
• 2.6.2 结果与讨论
• 2.7 金属离子改性介孔分子筛的制备与表征
• 2.7.1 实验部分
• 2.7.2 结果与讨论
• 2.8 本章小结
• 参考文献
• 第3章 GaN在介孔分子筛上的一维控制合成
• 3.1 引言
• 3.1.1 一维材料的合成方法
• 3.1.2 模板法在一维材料合成中的应用
• 3.1.3 介孔分子筛在一维材料合成中的应用
• 3.1.4 GaN一维材料合成的研究进展
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料制备
• 3.2.2 实验操作和方案设计
• 3.2.3 产物分析和测试
• 3和NaN₃在SBA-15上的反应'>3.3 GaCl₃和NaN₃在SBA-15上的反应
• 3.3.1 GaN纳米棒的制备
• 3.3.2 GaN纳米管的制备
• 3和Li₃N在分子筛SBA-15上的反应'>3.4 GaCl₃和Li₃N在分子筛SBA-15上的反应
• 3.4.1 实验条件
• 3.4.2 结果与讨论
• 3和NaN₃在MCM-48上的反应'>3.5 GaCl₃和NaN₃在MCM-48上的反应
• 3.5.1 GaN纳米管的制备
• 3.5.2 GaN纳米环的制备
• 3.6 GaN产物的远红外光谱分析
• 3.6.1 实验部分
• 3.6.2 结果与讨论
• 3.7 本章小结
• 参考文献
• 第4章 溶剂热法合成一维GaN之影响因素分析
• 3和NaN₃反应结果的影响'>4.1 不同分子筛对GaCl₃和NaN₃反应结果的影响
• 3和NaN₃反应结果的影响'>4.2 分子筛含量和干燥度对GaCl₃和NaN₃反应结果的影响
• 4.2.1 分子筛含量的影响
• 4.2.2 干燥度的影响
• 3和NaN₃反应结果的影响'>4.3 反应温度和升温方式对GaCl₃和NaN₃反应结果的影响
• 4.3.1 反应温度的影响
• 4.3.2 升温方式的影响
• 3和NaN₃反应结果的影响'>4.4 反应时间对GaCl₃和NaN₃反应结果的影响
• 3和NaN₃反应结果的影响'>4.5 填充度对GaCl₃和NaN₃反应结果的影响
• 3和NaN₃反应结果的影响'>4.6 溶剂对GaCl₃和NaN₃反应结果的影响
• 3和NaN₃反应结果的影响'>4.7 氮气对GaCl₃和NaN₃反应结果的影响
• 4.8 本章小结
• 参考文献
• 2O₃、GaP在介孔分子筛上的一维控制合成'>第5章 β-Ga₂O₃、GaP在介孔分子筛上的一维控制合成
• 2O₃在介孔分子筛SBA-15上的一维控制合成'>5.1 β-Ga₂O₃在介孔分子筛SBA-15上的一维控制合成
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 实验部分
• 5.1.3 结果与讨诊
• 5.2 GaP在分子筛SBA-15上的一维控制合成
• 5.2.1 引言
• 5.2.2 实验部分
• 5.2.3 结果与讨论
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 2O₃和GaP光致发光分析'>第6章 介孔分子筛、GaN、Ga₂O₃和GaP光致发光分析
• 6.1 介孔分子筛光致发光光谱分析
• 6.1.1 引言
• 6.1.2 实验部分
• 6.1.3 结果与讨论
• 6.2 GaN光致发光光谱分析
• 6.2.1 引言
• 6.2.2 实验部分
• 6.2.3 结果与讨论
• 2O₃光致发光光谱分析'>6.3 Ga₂O₃光致发光光谱分析
• 6.3.1 实验部分
• 6.3.2 结果与讨论
• 6.4 GaP光致发光光谱分析
• 6.4.1 实验部分
• 6.4.2 结果与讨论
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 第7章 改性介孔分子筛负载Pd催化对氯硝基苯加氢反应
• 7.1 引言
• 7.1.1 固体催化理论
• 7.1.2 氯代硝基苯催化加氢反应的研究进展
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 催化剂的制备和表征
• 7.2.2 Pd-M／MCM-41催化对氯硝基苯加氢反应
• 7.2.3 产物分析与测试
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 催化剂的筛选
• 7.3.2 水分对催化反应结果的影响
• 7.3.3 Pd含量对催化反应结果的影响
• 7.3.4 过渡金属含量对催化反应结果的影响
• 7.3.5 反应温度对催化反应结果的影响
• 7.3.6 反应时间对催化反应结果的影响
• 7.3.7 氢压对催化反应结果的影响
• 7.4 本章小结
• 参考文献
• 结束语
• 攻读博士期间已发表和待发表的文章
• 致谢