多孔材料研究进展41页PPT
合集下载
《多孔纳米材料综述》课件
3
轻量化、节省资源
多孔纳米材料被广泛应用于轻量化材料中，这将有助于减少资源消耗，保护我们的环 境。
制备方法
模板法
水热法
利用硬模板或软模板来制备多 孔纳米材料。根据模板的不同， 可以得到各种形状和结构的多 孔纳米材料。
通过在高温、高压的水热条件 下，使材料在溶液中析出和结 晶，可以制备出多种形态的多 孔纳米材料。
溶剂热法
通过在溶剂热条件下，控制材 料的化学反应过程，可以制备 出各种不同形态、孔径和孔壁 厚度的多孔纳米材料。
特性与性能
高比表面积
多孔纳米材料表面积极大， 一般具有比普通物质高出许 多倍的比表面积，这种特殊 性质使其成为一种重要的吸 附材料和催化剂。
调控孔径
多孔纳米材料的孔径可以通 过制备方法和模板选择等手 段调控，使其具有较高的特 异性和灵敏性。
具有表面效应
指材料表面积大幅增加，从而改变了材料的化学和物理性质。
研究意义
1
优异的物理、化学和生物学性质
多孔纳米材料由于其特殊的纳米孔结构，呈现出了非常优异的物理、化学和生物学特 性，拥有巨大的研究价值。
2
重要的应用前景
多孔纳米材料在电子、催化、能源、生物医学等领域均有重要应用前景。对其进行深 入研究，将会带来非常重要的科学和经济价值。
良好的机械性能
作为一种纳米材料，多孔纳 米材料一般具有优良的力学 性能，如高强度、高韧性和 高塑性等。
在能源领域的应用
1 电池电极材料
多孔纳米材料作为电池电极材料可以有效提高电池的储能容量和循环寿命。
2 分离和储存气体
多孔纳米材料在传统的吸附分离技术中已经有了非常广泛的应用，对储存和分离氢气、 甲烷等气体具有重要意义。
多孔炭材料ppt课件
实验安排 第一阶段，原料分析 第二阶段，预氧化，温度400–450℃ 、时间1–4h、
升温速率0.5–10℃/min 第三阶段，炭化，活化
水平 1 2 3
炭化温度(A) 炭化时间(B) 活化温度(C) 活化时间(D)
℃
min
℃
min
350
30
800
80
400
45
850
100
450
m ple
图 煤沥青与不同升温速率下前驱体中挥发分及TI含量
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图 煤沥青与各前驱体SEM图 (a) CP (b) PC-r0.5 (c) PC-r2 (d) PC-r5 (e) PC-r10
1400
2
S p e c i f i c s u r f a c e a r e/ag / m
考察因素 原料分析（元素组成、灰分、挥发分、软化点） 预氧化条件（预氧化温度、时间、氧化介质及流量、
升温速率） 前驱体粒度、碱炭浸渍比、分散剂的选择等 炭化条件（炭化温度、时间、升温速率） 活化条件（活化温度、时间、升温速率） 产品性能（灰分、比表面积、孔径分布）
实验设计
吸附等温线是在恒定温度下平衡吸附量与被吸附气体压力 的关系曲线 。
BET吸附理论
吸附等温线类型
不同恒温时间下前驱体制备的活性炭比表面积
2
S p e c i f i c s u r f a c e a r e/ ag / m
1400 1200 1000 800 600 400 200
0 A C -h1
国内外活性炭的生产现状
二战前后，美国的AC产量一直居世界第一位。80年代后， 第三世界国家的AC工业开始发展，产量逐渐增加，到目 前，世界五大洲40多个国家生产AC，年产量达70多万吨。
多孔材料孔结构表征ppt课件
3. 孔结构的表征技术
3. 孔结构的表征技术
总结 显微法是研究100nm以上的大孔较为有 效的手段 ，能直接提供全面的孔结构信息。 对于孔径在30nm以下的纳米材料，常用气体 吸附法来测定其孔径分布；而对于孔径在 100μm以下的多孔体，则常用压汞法来测定 其孔径分布。
谢谢观赏！ Thanks!
多孔材料孔结构表征
目录
1 引言 2 多孔材料的特性 3 孔结构的表征技术
1.引言
多孔材料普遍存在于我们的周围，在 结构、缓冲、减振、隔热、消音、过滤等 方面发挥着重大的作用。高孔率固体刚性 高而密度低，故天然多孔固体往往作为结 构体来使用，如木材和骨骼；而人类对多 孔材料使用，不但有结构的，而且还开发 了许多功能用途。
①孔径； ②孔径分布； ③孔形态； ④孔通道特性等
3. 孔结构的表征技术
3.1.显微法 显微法就是采用扫描电子显微
镜或透射电子显微镜对多孔陶瓷进 行直接观察的方法。该法是研究 100nm以上的大孔较为有效的手段 ，能直接提供全面的孔结构信息。 但显微法观察的视野小，只能得到 局部信息；而透射电子显微镜制样 较困难，孔的成像清晰度不高；显 微法是属于破坏性试验等，这些特 点使它成为其他方法的辅助手段， 用于提供有关孔形状的信息。
我们以沸石为例，现有制得的两 种沸石NaX和MNaX。
采用扫描电镜、X 射线衍射、氮 气吸附/脱附等对样品的结构表征结果
2. 孔结构的表征技术
图为NaX 和MNaX 的XRD 图谱,与标准 样对比未观察到任 何其它的杂峰, 说 明它们具有沸石固 有的FAU 拓扑结构 。MNaX 的衍射峰表 现出宽化的迹象, 说明它晶粒小。
MNaX体现出Ⅰ和Ⅳ型结合的特征，在较低的相对压力 (p/p0<0.01)下吸附量随压力的增大迅速上升, 即微孔填 充, 而后吸附量随压力的增加继续缓慢增加, 并当相对压 力达到p/p0≈0.4 时吸附量随压力增加迅速增加,吸附和脱 附过程变得不可逆, 即出现毛细凝聚现象，等温线上出 现明显的滞后环, 表现出典型的介孔材料特征。
多孔材料PPT教学课件
硅铝分子筛：亲水
应用：消除环境污染如苯、CO等 香烟过滤嘴：高科技---国家烟草局
17
沸石分子筛的性质
均一孔径：强烈筛分能力 筛分氧气与氮气：重要应用项目 分子筛膜：水与氢气；氢气与烃 燃料电池重要课题
气体分离
18
沸石分子筛的性质
强的离子交换能力：nM1m+---mM2n+
洗涤剂：消除水中的Mg2+与Ca2+
3
第2节 沸石类材料及其结构特征
• 沸石和分子筛的性质 沸石和类沸石分子筛是应用最广泛的 催化剂和吸附剂，其结构的规则有序性， 决定了其性质的可预测性。沸石不同与其 它无机氧化物是因为沸石具有以下特殊性 质：
4
（1）骨架组成的可调变性； （2）非常高的表面积和吸附容量 （3）吸附性质能被控制，可从吸水性到疏水性； （4）酸性或其他活性中心的强度和浓度能被调 整； （5）孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸 范围之内； （6）孔腔内可以有较强的电场存在； （7）复杂的孔道结构允许沸石和分子筛对产物、 反应物或中间物有形状选择性，避免副反应；
12
3.高硅沸石（Si/Al＞5） 如：ZSM-5（MFI）、 ZSM-11（MEL）、β 沸 石（BEA） 4.全硅分子筛（Si/Al接近∞） 优势是没有阳离子，与含有阳离子的硅铝 酸盐沸石相比较有较大的有效孔径尺寸。 5.全硅笼合物 笼合物的结构可以看作是由小环（4、5、6或8 元环）组成的笼堆积而成，尽管骨架较为空旷， 但由于其窗口太小，几乎没有吸附能力，如方 钠石。
7
8
9
•
磷酸铝（AlPO-n)作为类沸石材料， 是另一类分子筛。它们的骨架是由AlO4 四面体和PO4四面体连接而成。从概念 上讲，认为中性的磷酸铝骨架是作为中 性的纯硅分子筛中两个Si被一个Al和一 个P所取代。而且磷酸铝骨架Al或P能被 其它元素所取代生成MeAPO-n或SAPOn分子筛。
多孔材料研究进展共43页文档
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
多孔材料研究进展4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
多孔材料
05
吸附性
06
化学性能
机械性能
应用多孔材料能提高强度和刚度等机械性能,同时降低密度,这样应用在航飞机重量减小到原来的一半。应用多孔材料另一机械性能的改 变是冲击韧性的提高,应用于汽车工业能有效降低交通事故对乘客的创造伤害。
多孔材料的孔径、强度等性能在很大程度上取决于所选用粉末的平均粒度、粒度分布、颗粒形状等；为了制 出预定性能的材料，通常要对粉末进行预处理，如退火、粒度分级、球化和球选以及加入各种添加剂(造孔剂、润 滑剂、增塑剂)等。成形工艺除一般的冷模压-烧结工艺外,还可根据制品的形状尺寸等,选用松装烧结(简单异形 制品)、粉末轧制(厚度0.1～3mm的板、带、管)、挤压 (异形长制品)、等静压制（异形大制品）和粉浆浇注（复 杂异形制品）等工艺（见粉末冶金烧结，粉末冶金成形）。如以金属纤维作原料，常用在液体中沉积的方法制备 均匀分布的纤维毡，然后再压制、烧结成金属纤维多孔材料。用粉末制造泡沫金属，要将发泡剂和固化剂同粉末 均匀混合成形，并在加热过程中经发泡固化和烧结。这类泡沫金属的孔隙度可高达90%以上。为改善综合性能， 还可用不同粒度的粉末制作不同孔径的双层或多层结构的材料，或将粉末与金属网或纤维一起成形，制成纤维增 强材料。
可控孔多孔材料的制备过程相对复杂,且技术条件要求较高。从前面分析的特性来看,可控孔多孔材料拥有许 多无序孔多孔材料所不具备的特性,随着新技术的发展,可控孔多孔材料的制备方法将越来越成熟,这类方法必将 成为今后多孔材料科学的发展趋势。
谢谢观看
工艺
工艺
多孔材料制造多孔材料的粉末原料，可根据用途和性能要求，选用球形和不规则形状的粉末或金属纤维。用 球形粉末易于获得流体阻力小、结构均匀、再生性好的过滤和流态控制用的多孔材料，但这种粉末制品的力学性 能不如不规则形状粉末的制品。不规则形状粉末或纤维用于制造孔隙度高的材料。为了获得由粉末颗粒叠排造成 的多孔结构，制造多孔材料的成形压力和烧结温度一般低于制造烧结致密材料。
吸附性
06
化学性能
机械性能
应用多孔材料能提高强度和刚度等机械性能,同时降低密度,这样应用在航飞机重量减小到原来的一半。应用多孔材料另一机械性能的改 变是冲击韧性的提高,应用于汽车工业能有效降低交通事故对乘客的创造伤害。
多孔材料的孔径、强度等性能在很大程度上取决于所选用粉末的平均粒度、粒度分布、颗粒形状等；为了制 出预定性能的材料，通常要对粉末进行预处理，如退火、粒度分级、球化和球选以及加入各种添加剂(造孔剂、润 滑剂、增塑剂)等。成形工艺除一般的冷模压-烧结工艺外,还可根据制品的形状尺寸等,选用松装烧结(简单异形 制品)、粉末轧制(厚度0.1～3mm的板、带、管)、挤压 (异形长制品)、等静压制（异形大制品）和粉浆浇注（复 杂异形制品）等工艺（见粉末冶金烧结，粉末冶金成形）。如以金属纤维作原料，常用在液体中沉积的方法制备 均匀分布的纤维毡，然后再压制、烧结成金属纤维多孔材料。用粉末制造泡沫金属，要将发泡剂和固化剂同粉末 均匀混合成形，并在加热过程中经发泡固化和烧结。这类泡沫金属的孔隙度可高达90%以上。为改善综合性能， 还可用不同粒度的粉末制作不同孔径的双层或多层结构的材料，或将粉末与金属网或纤维一起成形，制成纤维增 强材料。
可控孔多孔材料的制备过程相对复杂,且技术条件要求较高。从前面分析的特性来看,可控孔多孔材料拥有许 多无序孔多孔材料所不具备的特性,随着新技术的发展,可控孔多孔材料的制备方法将越来越成熟,这类方法必将 成为今后多孔材料科学的发展趋势。
谢谢观看
工艺
工艺
多孔材料制造多孔材料的粉末原料，可根据用途和性能要求，选用球形和不规则形状的粉末或金属纤维。用 球形粉末易于获得流体阻力小、结构均匀、再生性好的过滤和流态控制用的多孔材料，但这种粉末制品的力学性 能不如不规则形状粉末的制品。不规则形状粉末或纤维用于制造孔隙度高的材料。为了获得由粉末颗粒叠排造成 的多孔结构，制造多孔材料的成形压力和烧结温度一般低于制造烧结致密材料。
多孔材料研究进展PPT课件
8
1997年—— 出现大孔材料的合成。（孔径>50nm, 次微米范围。 以胶体微粒、细菌菌丝为模板。）
近几年—— 出现以配位聚合物、金属有机化合物、无机-有机 杂化材料为骨架的多孔材料。（孔结构易调节、 易于表面修饰、功能化）
9
3 有序介孔材料研究概况
1992年，美国Mobil公司首先采用表面 活性剂为模板合成出 M41S系列介孔材料：
型功能材料的制备等方面。
18
有序介孔材料的合成方法：
采用表面活性剂为模板剂，以其形成的超分子结构为模板， 通过溶胶-凝胶过程，在无机物与有机物之间的界面引导作用下， 无机物种在模板的表面发生水解和缩聚，形成形状规则、排列 有序的有机无机复合体，再通过溶剂萃取或焙烧去除表面活 性剂，从而得到有序多孔材料。
12
MCM-48
13
SBA-8
14
SBA-15
15
16
TEM images of calcined JLU-30 taken in the (100) and (110) directions and the corresponding Fourier diffractogram (inset).
多孔材料研究进展
2005的分类简介 • 多孔材料发展简史 • 有序介孔材料研究概况 • 多孔网络高分子的合成 • 多孔材料的表征方法 • 多孔材料的应用领域
2
1 多孔材料的分类
按孔径大小分 :
微孔材料(microporous materials) ：＜ 2 nm 介孔材料(mesoporous materials) ： 2~50 nm 大孔材料(macroporous materials) ：＞ 50 nm
（美国 Linde, Union Carbide, Mobil, Exxson等公司）； • 1959年—— 中国合成出A型、X型分子筛；（大连化物所）
1997年—— 出现大孔材料的合成。（孔径>50nm, 次微米范围。 以胶体微粒、细菌菌丝为模板。）
近几年—— 出现以配位聚合物、金属有机化合物、无机-有机 杂化材料为骨架的多孔材料。（孔结构易调节、 易于表面修饰、功能化）
9
3 有序介孔材料研究概况
1992年，美国Mobil公司首先采用表面 活性剂为模板合成出 M41S系列介孔材料：
型功能材料的制备等方面。
18
有序介孔材料的合成方法：
采用表面活性剂为模板剂，以其形成的超分子结构为模板， 通过溶胶-凝胶过程，在无机物与有机物之间的界面引导作用下， 无机物种在模板的表面发生水解和缩聚，形成形状规则、排列 有序的有机无机复合体，再通过溶剂萃取或焙烧去除表面活 性剂，从而得到有序多孔材料。
12
MCM-48
13
SBA-8
14
SBA-15
15
16
TEM images of calcined JLU-30 taken in the (100) and (110) directions and the corresponding Fourier diffractogram (inset).
多孔材料研究进展
2005的分类简介 • 多孔材料发展简史 • 有序介孔材料研究概况 • 多孔网络高分子的合成 • 多孔材料的表征方法 • 多孔材料的应用领域
2
1 多孔材料的分类
按孔径大小分 :
微孔材料(microporous materials) ：＜ 2 nm 介孔材料(mesoporous materials) ： 2~50 nm 大孔材料(macroporous materials) ：＞ 50 nm
（美国 Linde, Union Carbide, Mobil, Exxson等公司）； • 1959年—— 中国合成出A型、X型分子筛；（大连化物所）
高内相乳液模板法多孔材料的研究进展
研究成果：
近年来，高内相比乳液模板法在制备多孔材料方面取得了显著进展。研究者们 成功制备出了各种具有不同结构和性能的多孔材料，如多孔碳材料、多孔金属 -有机骨架材料、多孔陶瓷材料等。这些多孔材料具有高的比表面积、大的孔 容和可调的孔径，
使得它们在催化剂、吸附剂、生物医学等领域表现出优异的性能。此外，研究 者们还发现通过调控制备工艺，可以实现对多孔材料结构和性能的精确调控。
1、性能研究：研究者们通过优化制备工艺和组分设计，成功制备出具有高比 表面积、大孔体积以及良好稳定性的高内相乳液模板法多孔材料。同时，通过 对其物理化学性能的深入研究，发现该类材料还具有良好的吸附性能、生物相 容性及可调的孔径分布等特点。
2、制备方法：研究者们发展了多种高效实用的制备方法，如微球模板法、溶 胶-凝胶法、静电纺丝法等。这些方法在实现高内相乳液模板法多孔材料的可 控制备方面具有重要的应用价值。
研究现状：
高内相比乳液模板法是一种以乳液为模板，通过胶束反应、溶胶-凝胶反应、 化学沉积等方法合成多孔材料的方法。近年来，研究者们针对高内相比乳液模 板法展开了大量研究，制备出了各种具有优异性能的多孔材料。同时，通过对 其制备工艺的不断优化和改进，也显著提高了材料的比表面积、孔容和孔径等 性能。
研究方法：
多级孔聚合物材料可用于敏感器件的制备，提高传感器的响应速度和灵敏度； 在光电领域，多级孔聚合物材料可作为光电器件的结构基元，实现光能的有效 转化和利用。
总之，高内相乳液和双重乳液模板法制备贯通多级孔聚合物材料具有广阔的应 用前景，有望为许多领域带来创新和发展。
谢谢观看
例如，如何实现规模化、低成本生产；如何进一步提高材料的性能和稳定性； 如何拓展其在更多领域的应用等。因此，我们呼吁广大科研工作者继续高内相 乳液模板法多孔材料的研究，为解决上述问题提供更多有价值的理论依据和实 践经验。
多孔碳材料的研究进展课件(一)
多孔碳材料的研究进展课件(一)多孔碳材料是一种新型的碳材料，拥有开发多个孔隙的特殊结构，使其具有很强的吸附能力、催化活性和导电性，因此在环境治理、化学催化、能源存储等方面具有广阔的应用前景。
本课件将对多孔碳材料的研究进展进行详细介绍。
一、多孔碳材料的分类根据孔径大小和形态分布，多孔碳材料可以分为以下几类：1. 微孔碳材料：亚纳米尺寸级别的孔隙大小只有2~3nm，内部结构紧密，表面积相对较小，通常用于气体分离和储存。
2. 中孔碳材料：孔隙大小在10~100nm范围内，内部结构相对疏散，表面积比微孔碳高，通常用于固体催化反应、吸附和分离。
3. 大孔碳材料：孔隙大小超过100nm，内部结构疏松，表面积相对较小，通常用于电池电解介质或者储存电能。
二、多孔碳材料的制备方法制备多孔碳材料的方法多种多样，常见的包括物理法、化学法、物理化学法及其衍生方法等。
常见的方法有：1. 碳化法：根据原料不同制备出不同的多孔碳材料，常用的原料包括聚苯乙烯、酚醛树脂等。
2. 模板法：通过选择合适的模板材料和模板剂，制备出拥有多种孔径、孔隙结构或者表面形貌的多孔碳材料。
3. 化学法：通过选择合适的前驱体，利用典型的化学反应制备出多孔碳材料，如硫酸葡萄糖法，等离子体刻蚀法等。
三、多孔碳材料的应用1. 环境治理：多孔碳材料可以通过吸附和分解有机物等方式，起到净化环境的作用。
2. 化学催化：多孔碳材料的催化效果具有很大优势，可用于催化剂的制备、有机合成、电化学催化等方面。
3. 能源存储：多孔碳材料作为电容器或储能材料可以用于电源和超级电容器等方面。
四、结语多孔碳材料的研究进展一直是碳材料研究的热点和重点。
我们相信，在未来的科技研究中，多孔碳材料将会继续得到广泛关注和应用。
多孔材料的结构表征PPT课件
n = f (p）T，气体，固体 若吸附温度在气体的临界温度以下，
（1.2）
n ＝f（p/p0）T，气体，固体
（1.3）
方程（1.2）（1.3）就是吸附等温线的表达式。
第11页/共81页
吸附等温线(Adsorption Isotherms)
第12页/共81页
迟滞现象(Hysteresis)
图 3－9 迟滞环分类
• 表面积 BET、LANGMUIR等 • 孔径分布
– 微孔：BJH方法 – 介孔：HK方法 – 大孔：汞吸
全自动快速比表面积及空隙度分析仪
ASAP 2020
第31页/共81页
TriStar 3000
核磁共振技术 (NMR)
• 研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。 • 化学位移 • MAS NMR
第33页/共81页
相对化学位移
• 由于不同核化学位移相差不大，有时会发生共振吸收频率漂移，因此，在实 际工作中，化学位移相差很小，一般以相对值表示。将待测物中加一标准物 质，如四甲基硅TMS，分别测定待测物和标准物的吸收频率x和s，以下式 来表示化学位移：
x s 106 ( ppm) s
第34页/共81页
正交(斜方)， Orthogonal (Orthorhombic、
Rhombic)
a≠b≠c α = β = γ= 90º
1 h2 k2 l2
=
d2
a2
1 l2
h2 k2
d2 = c2 +
a2
1 h2 k2 l2
=
d2
a2
+
b2
+ c2
六方(六角)， Hexagonal
多孔与介孔材料(课堂PPT)
曲线特征。
25
毛细凝聚理论与Kelvin方程
Kelvin方程 BJH法确定中孔孔径分布 Kelvin方程对4型和5型等温线的解释 吸附滞后现象（自学）
3
吸附基础
❖ 吸附概念
当气体或者液体与某些固体接触时，气体或者液体分子会积聚在固体表面 上，这种现象称为吸附。
吸附是指当流体与多孔固体接触时， 流体中某一组分或多个组分在固体表 面处产生积蓄的现象。
11
吸附基础
❖ 气凝胶材料测试结果
气凝胶结构特征：纳米尺度颗粒 （5-30nm）在三维空间无序堆积而 成的具有三维纳米通孔结构特征的 多孔材料。
Pore Volume (cm3/g•nm)
Quantity Adsorbed (cm3/g)
200016001来自00800400
0
0.0
0.2
0.4
0.6
实际应用的不足 ❖ 能够较好解释2型，3型吸附，但不能解释4型、5型吸附 ❖ 定量解释不够准确，半定量或者定性地解释
19
毛细凝聚理论与Kelvin方程
❖ 毛细凝聚理论
毛细凝聚现象定义：在一个毛细孔中，因吸附作用形成一个凹液面，与该液面成平 衡的蒸汽压P必须小于同温度下平整液面的饱和蒸汽压P0。毛细孔直径越小，凹液面 的曲率半径越小，蒸汽压越低。
子所吸引，如水以及其他含氢化合物中，如乙醇，DNA等
8
吸附基础
范德华键：
键能小，弱键(Secondary force)
化学键：
金属键、共价键与离子键 键能大，强健。
键合类型 Bond type 离子键 共价键 金属键
范德华键
键能（Kcal/mol） Binding energy
150-370 125-300 25-200
25
毛细凝聚理论与Kelvin方程
Kelvin方程 BJH法确定中孔孔径分布 Kelvin方程对4型和5型等温线的解释 吸附滞后现象（自学）
3
吸附基础
❖ 吸附概念
当气体或者液体与某些固体接触时，气体或者液体分子会积聚在固体表面 上，这种现象称为吸附。
吸附是指当流体与多孔固体接触时， 流体中某一组分或多个组分在固体表 面处产生积蓄的现象。
11
吸附基础
❖ 气凝胶材料测试结果
气凝胶结构特征：纳米尺度颗粒 （5-30nm）在三维空间无序堆积而 成的具有三维纳米通孔结构特征的 多孔材料。
Pore Volume (cm3/g•nm)
Quantity Adsorbed (cm3/g)
200016001来自00800400
0
0.0
0.2
0.4
0.6
实际应用的不足 ❖ 能够较好解释2型，3型吸附，但不能解释4型、5型吸附 ❖ 定量解释不够准确，半定量或者定性地解释
19
毛细凝聚理论与Kelvin方程
❖ 毛细凝聚理论
毛细凝聚现象定义：在一个毛细孔中，因吸附作用形成一个凹液面，与该液面成平 衡的蒸汽压P必须小于同温度下平整液面的饱和蒸汽压P0。毛细孔直径越小，凹液面 的曲率半径越小，蒸汽压越低。
子所吸引，如水以及其他含氢化合物中，如乙醇，DNA等
8
吸附基础
范德华键：
键能小，弱键(Secondary force)
化学键：
金属键、共价键与离子键 键能大，强健。
键合类型 Bond type 离子键 共价键 金属键
范德华键
键能（Kcal/mol） Binding energy
150-370 125-300 25-200
多孔碳材料的研究进展 PPT
Li K， Ling L， Lu C， et al. Catalytic removal of SO2 over ammonia-activated carbon fibers[J]. Carbon， 2001， 39(39):1803-1808.
Vimlesh C， Seong Uk Y， Seon Ho K， et al. Highly selective CO2 capture on N-doped carbon
15
超级电容器
• 碳材料，如碳粉末、碳纤维、碳凝胶、碳纳米管、碳复合 物、碳垫、碳独块巨石、碳箔等， 被广泛的应用于超级电 容器。
北京科技大学范丽珍 教授用氨基葡萄糖为 原料合成氮掺杂碳材 料，比容量在 H2SO4 和 KOH 溶液中分别可 达 300 和 220F/g。
Li Z， Li-Zhen F， Meng-Qi Z， et al. Nitrogen-containing hydrothermal carbons with superior performance in supercapacitors.[J]. Advanced Materials， 2010， 22(45):5202–5206.
Guang-Ping H， Wen-Cui L， Dan Q， et al. Structurally designed synthesis of mechanically stable
poly(benzoxazine-co-resol)-based porous carbon monoliths and their application as high-performance CO2 capture
17
吸附分离
• 多孔碳材料中掺杂 N 原子或含氮碱性基团后，可以极大地调 变多孔碳材料的表面积、孔道结构、表面化学特性，因此被许 多研究者用于气体的吸附研究。
第12章多孔材料讲解PPT课件
X型(低硅八面沸石) Y型(高硅八面沸石)
FAU 结构
7
1970年：27种分子筛结构类型 1978年：38种 1988年：64种 1996年：98种 2001年：133种 到目前：至少有152种分子筛骨架 结构已被确定
8
2. 沸石与分子筛的主要性质 组成可调，孔道规则且孔径在多数 分子的尺寸
非常高的表面积和吸附容量
32
陈化与晶化时间 沸石分子筛是介稳相
合成遵循Ostwald法则： 初始介稳相 热力学更稳定的相 最稳定的相
33
酸碱度 碱度升高： 成核时间、晶化速度 、产率 ； 强烈影响硅铝酸盐的溶解度，改变 晶体尺寸和形貌。
34
无机阳离子 水量 阴离子 搅拌
35
4、介孔材料
某些粘土和磷酸盐能够用大的无机物种 （聚合阳离子或硅酯等）撑开，生成介孔 分子筛（无序）。
CAN沿[010]方 向的四六元环 堆积图
Viewed along [001]
45
图示是AFG沸石沿[001]方向的投影图， 由图可见AFG沸石同样是由4.6.12网层沿c轴 方向堆积而成的。它与CAN沸石所不同的只 是沿[010]方向上四元环和六元环的堆积顺序。
AFG沿[001]方向的投影图
46
(d) 六角柱笼[FAU,EMT]；
[4662]
(e) 笼[MER,PAU]；
(f) 八角柱笼[MER,PAU]；
[4882]
43
“Pentasil”家族沸石的结构可以看作是由五硅链形成的网 层沿C轴堆积而成的，如果是其它特征的层状结构单元沿某 一方向堆积则会形成别的沸石结构。下图所示是CAN沸石的 骨架结构图，由其骨架结构图可以看出，它是由二维三连接 的4.6.12网层沿c轴方向堆积而成的。
多孔材料研究进展.
多孔材料研究进展1前沿根据国际纯粹化学与应用化学联合会的规定 1, 由孔径的大小, 把孔分为三类:微孔 (孔径小于 2nm 、介孔(2~50nm 、大孔(孔径大于 50nm ,如图 1所示。
同时,孔具有各种各样的类型(pore type和形状(pore shape ,分别如图 2, 3所示。
在一个真实的多孔材料中, 可能存在着一类, 两类甚至三类孔了。
在这片概述中, 我们把多孔材料 (porous materials 分为微孔材料 (microporous materials、介孔材料 (mesoporous materials、大孔材料 (macroporous materials ,将分别对其经典例子、合成方法,及其应用予以讨论。
Figure 1 pore size Figure 2 Pore typeFigure 3 Pore shape2 多孔材料2.1 微孔材料 (microporous materials典型的微孔材料是以沸石分子筛为代表的。
在这里我们要举金属 -有机框架化合物 MOFs (metal-organic frameworks 的例子来给予介绍。
MOF-52是这类材料中的杰出代表, 是 Yaghi 小组在 1999年最先合成出来的。
以 Zn (NO 3 2·6H 2O 和对苯二甲酸为原料,通过溶剂热法合成了非常稳定(300℃,在空气中加热 24小时,晶体结构和外形保持不变、具有很高孔隙率(0.61-0.54 cm3 cm-3 、密度很小(0.59gcm 3的多孔材料 MOF-5。
如图 4所示分别是 MOF-5的结构单元及其拓扑结构。
在MOF-5中, Zn 4(O(BDC3构成了次级构筑单元 SBU(second building unit, SBU通过苯环形成了无限三位孔道结构,如图 Figure 5 所示。
MOF-5是这一领域研究最多的典型例子之一,其合成方法也多种多样, 2008年时 Yaghi 小组又提出了室温下合成MOF-5的方法 3,如图 Figure 6 所示。
相关主题