论文题目: 介孔二氧化硅材料的合成、形貌控制、组装及其性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 无机化学
作者: 金红晓
导师: 庞文琴,吴庆银
关键词: 介孔二氧化硅材料,形貌控制,杂多酸,溶胶凝胶过程,质子导电率,光催化
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 有序的介孔材料是指以表面活性剂形成的超分子结构为模板剂,利用溶胶—凝胶工艺,通过有机物和无机物之间的界面定向引导作用组装成的一类孔径在1.5nm至50nm、孔径分布较窄并且具有规则孔道结构的无机多孔材料。它具有极高的比表面积、孔道大小均匀、排列有序、孔径可在2nm至50nm范围内连续调节等特性,使其在分离提纯、生物材料、化学工业、催化、信息通讯、环境、能源、新型组装材料（或作为纳米反应器制备具有特殊光、电、磁等性能的新型纳米材料等）等领域具有多种潜在的用途,尤其是介孔在生物科学如蛋白质固定分离、生物芯片、生物传感器、药物的包埋和控释等方面具有广阔的应用前景。因此,有序介孔材料倍受关注。自1992年发现以来,有序介孔材料得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视,并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。本论文从介孔材料的基础研究（合成和形貌控制）和潜在的应用研究（组装和性能）两方面入手研究纯硅介孔材料。 在基础研究方面,选取了SBA-16为研究对象。本论文首先以XRD表征为监测手段,详细考察了F127-H2O-TEOS-HCl四元体系中生成SBA-16一些影响因素。结果表明,在一定温度条件下（24-34℃）,相当宽的配比范围内（1TEOS:（2.5-7.5）HCl:（0.002-0.005）F127:（90-220）H2O）,均可以合成出SBA-16;并且相生成时间与结构存在某种对应关系:不同的配比、温度条件下,在30～60min内能产生沉淀的产物,通常结构较好。基于这个结果,提出了简单的介孔相生成的时间判据。 形貌表征的结果表明,在F127-H2O-TEOS—HCl四元体系下得到了十八面体、十二面体单晶以及球形形貌的介孔二氧化硅SBA-16。十八面体、十二面体单晶具有高度有序孔道、其大小在2～6μm。在非离子型嵌段聚合物为模板剂的合成体系中,十八面体属首次发现。本论文在不加其它无机物的条件下得到了十二面体,与文献报道相比（需要添加无机物）,简化了合成条件。球形形貌则显示了较为少见的高度有序孔道。通过实验结果,我们认为不同形貌介孔二氧化硅材料的生成过程实质上是纳米尺度的胶束—硅的颗粒在微米尺度自组装。 在潜在的应用研究方面,选取了杂多酸（HPA）、氧化铁与多种介孔二氧化硅材料的复合材料为研究对象。首先,用化学方法将杂多酸(H5GeW11VO40)固
论文目录:
第一章 绪论
1．1 多孔材料的分类及具有有序孔道结构介孔材料的发现
1．1．1 多孔无机材料的分类
1．1．2 具有有序孔道结构介孔材料的发现
1．2 介孔二氧化硅材料
1．2．1 合成的基本特征
1．2．2 生成机理
1．2．3 介孔氧化硅的结构
1．2．3．1 丰富的孔道结构
1．3．3．2 多样的外部形貌
1．2．4 一些背景知识与合成策略
1．2．4．1 溶胶-凝胶过程
1．2．4．2 表面活性剂的自组装:胶束、液晶
1．3 介孔二氧化硅材料的修饰与组装
1．3．1 介孔二氧化硅表面金属有机修饰和表面有机修饰
1．3．2 无机骨架取代与离子交换
1．3．3 负载活性组分与孔道内的镶嵌
1．3．4 一步法合成有机-无机杂化材料及有机-无机骨架杂化材料
1．4 介孔材料的潜在应用与研究展望
1．4．1 在化工领域的应用
1．4．2 在生物和医药领域的应用
1．4．3 在环境保护领域的应用
1．4．4 在功能材料领域的应用
1．4．5 研究展望
1．5 本课题选题的目的、意义和主要内容
1．5．1 本课题选题的目的和意义
1．5．2 本课题主要内容
参考文献
第二章 SBA-16的合成研究及其形貌控制
2．1 引言
2．2 SBA-16的相生成条件的研究
2．2．1 实验设计与实验内容
2．2．1．1 实验设计
2．2．1．2 试剂与表征手段
2．2．1．3 样品的合成与处理
2．2．2 结果讨论
2．2．2．1 SBA-16的三种典型 XRD谱图
2．2．2．2 30℃时 SBA-16的相生成区域
2．2．2．3 酸浓度、水量、模板剂量对SBA-16 合成的影响
2．2．2．4 反应温度、时间对 SBA-16合成的影响以及合成结果好坏的简单判据
2．3 单晶以及球形形貌 SBA-16的合成与表征
2．3．1 实验部分
2．3．1．1 试剂与表征手段
2．3．1．2 样品合成与处理
2．3．2 表征
3．3．2．1 单晶形貌的SBA-16-十八面体
2．3．2．2 单晶形貌的SBA-16-十二面体
2．3．2．3 球形形貌的SBA-16
2．3．3 结果讨论
2．3．3．1 介孔形貌多样化的成因
2．3．3．2 单晶形貌的多样性及合成条件
2．3．3．3 球形形貌的合成条件及硅源、模板剂本身性质对形貌的影响
2．3．3．4 内部结构和外在形貌的关系
2．4 小结与展望
参考文献
第三章 介孔材料制备、组装及性能研究
3．1 引言
3．2 杂多酸(H_5GeW_(11)VO_(40))在胺基硅烷化的 SBA-15上的组装
3．2．1 实验部分
3．2．1．1 试剂与表征手段
3．2．1．2 样品的合成与处理
3．2．2 表征与结果讨论
3．2．2．1 两步法合成 HPA/AMINO/SBA-15
3．2．2．2 HPA/AMINO/SBA-15的稳定性
3．2．2．3 胺基硅烷化以及组装 HPA对主体 SBA-15的影响以及杂多酸在介孔材料中的分散状态
3．2．2．4 胺基硅烷化以及组装 HPA的量
3．2．3 本节小结
3．3 杂多酸与 MCM-41，MCM-48，SBA-15，SBA-16的复合材料(HPA/MPS)的制备、表征及其质子导电性
3．3．1 实验部分
3．3．1．1 试剂与测试条件
3．3．1．2 样品的合成
3．3．2 表征与结果讨论
3．3．2．1 复合材料的起始原料:杂多酸和介孔材料的XRD表征
3．3．2．2 复合材料 HPA/MPS(IR、XRD表征)
3．3．3 复合材料的质子导电胜能
3．3．3．1 测量
3．3．3．2 典型的电化学阻抗谱谱图
3．3．3．3 电导率的比较
3．3．4 本节小结
3．4 Fe_xO_y/SBA-15复合材料的制备及其催化合成纳米碳管
3．4．1 导言
3．4．2 复合材料的制备
3．4．2．1 试剂与测试条件
3．4．2．2 制备
3．4．3 表征与结果讨论
3．4．3．1 材料的 TEM、SEM、XRD表征
3．4．3．2 样品的热稳定性
3．4．4 复合材料用于纳米碳管的生长
3．4．4．1 CNTs的生长(CVD)
3．4．4．2 结果与讨论
3．4．5 本节小结
3．5 小结与展望
参考文献
第四章 溶胶-凝胶法制备 TiO_2与杂多酸复合材料及其光催化性能研究
4．1 引言
4．2 TiO_2与杂多酸复合材料的制备与表征
4．2．1 实验部分
4．2．1．1 试剂与表征手段
4．2．1．2 样品的制备与处理
4．2．2 表征与结果讨论
4．2．2．1 复合后杂多酸 Keggin结构的保持
4．2．2．2 复合物中HPA和TiO_2之间的相互作用
4．2．2．3 杂多酸在 TiO_2中的分散状态
4．3 光催化性能测试
4．3．1 测试过程
4．3．2 结果与讨论
4．3．2．1 不同材料之间光催化降解有机染料X-3B 性能的比较
4．3．2．2 复合物中杂多酸种类及杂多酸量对光催化性能的影响
4．3．2．3 复合材料具有较好光催化性能的原因
4．4 小结与展望
参考文献
致谢
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发布时间: 2005-10-26
参考文献
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