第15章 多孔材料的合成化学
Schiff碱反应的有机多孔聚合物的合成及应用
Schiff碱反应的有机多孔聚合物的合成及应用第一章绪论1.1 有机多孔聚合物简介多孔材料一直以来都是研究热点。
从传统的无机多孔材料如沸石和活性炭等到最近的新兴有机多孔聚合物,人们逐渐地掌握了控制材料中孔的大小、分布情况以及表面选择性功能化的技能。
按照孔的大小,多孔材料可以分为微孔(小于2 nm)、介孔(2-50 nm)和大孔(大于50 nm)材料。
有机多孔聚合物相应的也可以分为上述三类。
通过选择具有不同长度和空间构象的合成单体,人们能够得到具有不同孔径的有机多孔聚合物材料;通过控制合成条件和选择不同的制备方法可以获得不同孔径分布的有机多孔聚合物材料。
另外,根据所要合成的有机聚合物的应用来选择具有相应官能团或者结构的单体可以选择性的在材料的表面进行功能化。
因为具有以上优点,有机多孔聚合物已经被广泛地应用到氢气储存、气体及有机小分子之间的分离、环境中的有机污染物及重金属离子的吸附、多相催化以及光电技术等领域。
1.1.1 有机多孔聚合物的分类按照合成原理以及得到材料的性质,有机多孔聚合物可以分为超交联聚合物(hypercrosslinked polymers-HCPs)、固有微孔聚合物(polymers of intrinsic microporosity-PIMs)、共轭微孔聚合物(conjugated microporous polymers-CMPs)和共价有机框架聚合物(covalent organic frameworks-COFs) 等。
这几种材料的性质存在较大差异,特别是COFs,与其他三种材料相比COFs 具有晶态结构以及相对均一的孔径分布,这些独特的性质使它在很多领域的应用更具优势。
1 超交联聚合物超交联过程首先是将非交联或弱交联的聚合物进行溶解和膨胀,这样在聚合物之间会有空隙产生。
接着加入交联剂使聚合物之间进行交联,最后得到的交联聚合物则呈现一种膨胀的状态,而原来聚合物之间的空隙在去除溶剂后便成为超交联聚合物的孔道。
多孔金属有机框架的合成与应用研究
多孔金属有机框架的合成与应用研究多孔金属有机框架（MOF）作为一种新型的功能材料，在近年来备受科学界的关注。
它具有高度可控的孔隙结构、超高比表面积和丰富的表面功能团，使其在气体储存、分离、催化、传感等领域具有巨大的潜力。
本文将就多孔金属有机框架的合成方法、结构特点以及其在不同领域中的应用进行介绍与讨论。
在多孔金属有机框架的合成方法方面，目前主要包括溶剂热法、水热法、溶剂挥发法、溶胶-凝胶法等多种方法。
其中，溶剂热法是一种常见且有效的合成方法，通过在高温下将金属离子与有机配体共热反应，形成规整的结构。
水热法则是在高温高压水溶液中进行反应，利用水的溶解性和活性来合成多孔金属有机框架。
此外，溶剂挥发法和溶胶-凝胶法则涉及到溶剂在反应过程中的挥发和凝胶化过程，形成多孔结构。
多孔金属有机框架的结构特点主要体现在其高度可控的孔隙结构和丰富的表面功能团上。
由于金属配位中心和有机配体的特殊结构，MOF可以形成各式各样的孔隙结构，如孔径大小可调的孔隙、多级孔隙等。
这种结构特点赋予了MOF在气体吸附存储、分子分离等领域有着独特的优势。
同时，MOF的表面功能团也使其具有可调控的表面性质，可以实现分子识别、催化反应等功能。
多孔金属有机框架在气体储存、分离方面具有广泛的应用前景。
由于其优越的孔隙结构和表面功能团，MOF被广泛地应用于二氧化碳捕集、氢气储存等领域。
例如，通过合成表面具有亲和性的MOF材料，可以实现对CO2等有害气体的高效吸附，为减缓气候变化提供了新的途径。
另外，MOF还可以用于天然气、乙烯、氧气等气体的储存和分离，具有重要的实际应用价值。
在催化领域，多孔金属有机框架也展现出了独特的优势。
由于其结构特点，MOF能够提供规整的活性位点，实现高效的分子识别和催化反应。
例如，研究人员通过调控MOF的孔径和孔隙结构，成功地实现了对有机分子的选择性催化加氢反应。
此外，MOF还可作为载体材料，载载入金属纳米颗粒用于催化反应，展现出优异的催化性能。
多孔碳材料制备与应用
摘要离子液体因为具有绿色环保、不易挥发、稳定性高以及结构设计性强等特点,最几年在合成碳材料中的应用引起了人们的广泛关注[1]。
且因多孔碳材料质量轻,法及其相关表征.稳定性好，耐高温,耐酸碱,无毒性,吸附性好等优点而在多领域中被广泛应用.本文主要介绍的是以PEI(聚醚酰亚胺Polyetherimide）为原料制备离子液体前驱体并制得碳材料的方法。
首先通过向原材料PEI中加入溴乙腈（BrCH2CN）制备离子液体前驱体，向得到的离子液体前驱体中加入二氰胺银[AgN(CN)2]进行阴离子交换反应，最后通过活化法得到多孔碳材料。
这种方法的最大优点是有较高的碳产率。
关键词：离子液体、阴离子交换法、多孔碳材料AbstractIn recent years，the application of ionic liquid in the synthesis of carbon materials has aroused extensive attention because of its features， such as green， less volatile, high stability and structural design of characters。
And because the porous carbon material with light weight, good stability， high temperature resistance， acid and alkali resistant， non—toxic and good adsorption, it has been used in many fields. This paper mainly introduces the PEI （Polyetherimide） prepared for ionic liquid precursors, methods of carbon materials and related characterization. First by PEI of raw materials to join bromoacetonitrile (BrCH2CN) of ionic liquid precursor preparation, obtained by ionic liquid precursor to join dicyanamide silver [AgN （CN) 2］ by anion exchange reaction, the activation method of porous carbon materials。
多孔材料的合成化学
15.2.1 沸石与分子筛
1.沸石
沸石是最为人知的微孔材料家族。天然沸石很早以 前（1756年）就被发现。自20世纪40年代第一个人造沸 石出现之后，沸石在石油工业催化剂的应用激励和促进着 合成方面的研究。在许多活跃的研究领域中，新材料的合 成和它们的生成机理研究一直是崇高而重要的课题。沸石 及有关材料的合成进展很快，每年都有新的结构和新的材 料被发现。这方面的研究不但是出于学术兴趣，而且也是 由于不断发现新应用的促进作用。
1.多孔材料的分类 2.鉴定方法 3.无定形、次晶、晶体材料的特征 4.常见的多孔无机材料 5.常用的多孔无机材料制备方法
多孔材料的简单介绍
多孔无机固体材料可以是晶体的或是无 定形的，它们被广泛地应用在吸附剂、非 均相催化剂、各类载体和离子交换剂等领 域，空旷结构和巨大的表面积（内表面和 外表面）加强了它们的催化和吸附等能力。
2.鉴定方法
最简单的鉴定是应用衍射方法，尤其 是x射线衍射，无定形固体没有衍射峰，而 次晶没有衍射峰或只有很少几个宽衍射蜂， 结晶固体能给出一套特征的衍射峰。
3. 无定形、次晶、晶体材料的特征：
无定形材料：缺少长程有序、孔道不规则， 孔径大小不是均一的且分布很宽。次晶材料：含有许多小有序区域，但孔径 分布也较宽。
①沉淀法，固体颗粒从溶液中沉淀出 来生成有孔材料；②水热晶化法，如沸石 的制备；③热分解方法，通过加热除去可 挥发组分生成多孔材料；④有选择性的溶 解掉部分组分；⑤在制造形体（薄膜、片、 球块等）过程中生成多孔（二次孔）。
本章将只讨论结晶的多孔材料：即微 孔材料沸石和分子筛。
第2节 沸石（zeolite）类材 料及其结构特征
多孔炭材料造孔方法
多孔炭材料造孔方法
多孔炭材料是一种具有广泛应用前景的材料，其制备方法主要包括物理法、化学法和生物法等。
其中，物理法包括模板法、高温炭化法和硬模压制法等，化学法包括化学气相沉积法、溶胶-凝胶法和炭化-活化法等，生物法包括微生物法和植物法等。
模板法是制备多孔炭材料的常见方法之一，其原理是利用模板的空隙形成孔隙结构。
常见的模板包括硬模板和软模板，硬模板常用的材料包括SiO2、Al2O3和TiO2等，而软模板则常用聚合物、胶体和生物质材料等。
制备过程包括将模板与碳源混合后炭化，再将模板去除。
高温炭化法是利用高温将碳源炭化成多孔炭材料。
该方法制备的多孔炭材料具有较高的表面积和孔容，但炭化温度较高，易导致材料的结构损失。
化学气相沉积法是利用气相反应在基底上沉积多孔炭材料，其中的化学反应可通过调节反应条件实现结构控制。
溶胶-凝胶法是将溶胶液体制成凝胶，再炭化制成多孔炭材料，与化学气相沉积法相比，其制备过程简单，但需要较长的制备时间。
炭化-活化法是将碳源进行炭化后，在高温下和气体(如水蒸气和二氧化碳)反应，产生孔隙结构，其制备过程简单，但制备条件较为苛刻。
生物法是利用微生物或植物为碳源进行多孔炭材料的制备。
微生物法利用微生物在生长过程中产生的多孔结构，而植物法是利用植物
的细胞壁或纤维素等天然的多孔结构为碳源制备多孔炭材料，具有可持续性和环保性等优点。
总之，多孔炭材料的制备方法多种多样，需要根据具体应用场景选择合适的制备方法。
多孔材料的结构表征及其分析
多孔材料的结构表征及其分析摘要:多孔材料是一重要的材料类别。
本文对其分类、组成、性质、合成方法，以及主要应用领域进行了概述。
同时阐述了几种较普遍接受的多孔材料合成机理，包括液晶模板机理，协同作用机理，真正液晶模板机理，硬模板机理。
最后,重点介绍了它的常用结构表征方法及其分析，包括X射线粉末衍射、显微技术、红外光谱、热重分析、和核磁共振技术，并指出这些方法中存在的一些不足。
关键词:多孔材料；合成机理；结构表征The structure of porous materials characterizationand analysisAbstract：The porous material is an important material classes. This classification, composition, properties, synthesis methods, as well as major application areas are outlined. Also described the synthesis mechanism of several generally accepted porous materials, including liquid crystal template mechanism, the mechanism of synergy, real liquid crystal template mechanism, and hard template mechanism. Highlights the common structural characterization methods and analysis, including X-ray powder diffraction, microscopy, infrared spectroscopy, thermal gravimetric analysis, and nuclear magnetic resonance, and points out some deficiencies exist in these methods.Keyword：porous materials; synthesis mechanism; structural characterization引言材料是人类赖以生存和发展的物质基础，其发展标志着社会的进步。
多孔材料研究进展解读
杨本宏 2005. 9. 24
报告内容：
· 材料的分类
• 多孔材料的分类简介 • 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
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
MSU系列（Michigan State University）； KIT系列 （Korea Advanced Institute of Science and Technology） FDU系列（Fudan University） JLU系列 （Jilin University）
MCM-41
MCM-48
模板法合成有序介孔材料的影响因素
(1) 表面活性剂类型
阳离子型 CnH2n+1N+(CH3)3X-; X=Cl,Br或OH （长链季胺盐） CnH2n+1 (CH3)2 N+ (CH2)s N+ (CH3)3 （双子铵，Gemini型）
阴离子型 CnH2n+1SO3-Na+
（长链磺酸盐）
非离子型
CnH2n+1NH2 NH2CnH2nNH2 CnH2n+1NH (CH2)2NH2 (C2H4O)m(C2H3CH3O)n(C2H4O)mH
按化学组成分：
硅基多孔材料 是指其骨架的化学组成为氧化硅或硅铝酸盐的材料 。
非硅基多孔材料 主要包括： 金属氧化物：Al2O3、TiO2、ZrO2、MnO2、Fe2O3 磷酸盐： AlPO4、Ti3(PO4)2、Zr3(PO4)2、Fe PO4 硫化物： CdS、ZnS
纳米多孔金属材料的制备及其应用
纳米多孔金属材料的制备及其应用随着工业和科技的不断发展，纳米多孔金属材料成为了当下的研究热点之一。
纳米多孔金属材料具有许多优异的物理和化学性能，可以应用于各种领域，如催化、能源存储、传感和生物医学等。
本文将介绍纳米多孔金属材料的制备方法以及在不同领域中的应用。
纳米多孔金属材料的制备方法主要有三种。
第一种是物理方法。
物理方法主要是采用溅射、热蒸发等技术将金属原料制成薄膜，然后用无机模板或者有机模板进行脱模得到多孔金属材料。
物理方法制备的多孔金属材料具有孔径分布均匀、结构规整、孔径可控等特点。
但是物理方法制备多孔材料成本较高，制备难度较大。
第二种是化学方法。
化学方法一般是采用沉积、电化学沉积、还原、加热、溶胶凝胶法等技术制备纳米多孔金属材料。
化学方法制备多孔材料成本相对较低，制备过程简单，但是制备的多孔材料常常结构分布不均匀，孔径不可控，孔径大小不同等问题。
第三种是生物方法。
生物方法利用微生物、植物和动物等生物体或其代谢产物来合成具有多孔结构的材料。
生物方法制备的多孔材料结构可控性较强，同时还能够在制备过程中实现资源环保。
但是，生物方法制备多孔材料成本较高，制备规模较小，不利于工业化生产。
除了纳米多孔金属材料的制备方法外，纳米多孔金属材料还具有广泛的应用前景。
以下分别介绍几个应用方向。
首先是催化领域。
由于多孔金属材料的特殊结构，可以提供更多的催化活性位点，从而增加催化反应速率和选择性。
目前，多孔材料已经广泛应用于氢化、氧化、烷基化、脱氢等反应。
例如，采用多孔铜电极可以在室温下高效地还原各种有机物，具有很好的应用前景。
其次是能源领域。
制备具有高比表面积和优异传输性质的纳米多孔金属材料是大幅提高能量转换效率、减少环保压力的重要途径。
多孔材料可以应用于锂离子电池、燃料电池、太阳能电池等领域，具有重要的应用价值。
最后是生物医学领域。
多孔金属材料可以用于光热治疗、药物输送、组织修复等生物医学领域。
例如，多孔金属材料可以用于肿瘤治疗，通过受体介导的内吞作用将药物输送到特定的细胞区域，减少了药物在健康细胞中的副作用。
新型多孔碳材料的合成与应用研究
新型多孔碳材料的合成与应用研究多孔碳材料是一种具有高度发达孔隙结构的新型材料，由于其独特的物理、化学和机械性质，被广泛应用于能源、环保、催化等领域。
近年来，随着科技的不断进步，新型多孔碳材料的合成与应用研究取得了重大突破。
新型多孔碳材料的合成方法主要有模板法、气相沉积法、碳化或裂解法等。
其中，模板法是最常用的方法之一，它通过使用具有特定形貌和尺寸的模板，合成具有特定孔隙结构和性质的碳材料。
气相沉积法则是在碳源气体存在下，通过化学反应或物理沉积制备碳材料。
碳化或裂解法则利用有机物作为前驱体，通过碳化或裂解反应制备多孔碳材料。
多孔碳材料的应用领域非常广泛。
在能源领域，多孔碳材料可以作为电池的电极材料，提高电池的能量密度和充放电性能。
在环保领域，多孔碳材料具有优异的吸附性能，可用于水处理、空气净化等方面。
在催化领域，多孔碳材料可以作为催化剂载体，提高催化剂的分散度和活性。
多孔碳材料还可以应用于超级电容器、传感器、生物医学等领域。
在新型多孔碳材料的合成与应用研究中，纳米碳球是一种备受的多孔碳材料。
纳米碳球具有高度球形对称的结构、高比表面积和良好的电化学性能，被广泛应用于二次电池、超级电容器等领域。
近期，科研人员通过采用不同的合成方法，制备出一种新型纳米碳球材料，该材料具有优异的电化学性能和循环稳定性，有望为二次电池领域带来新的突破。
新型多孔碳材料的合成与应用研究为材料科学领域带来了巨大的机遇和挑战。
通过不断探索新的合成方法和应用领域，有望为多孔碳材料的发展和应用提供更加广阔的前景。
新型碳基介孔材料是一种具有特殊结构和优异性能的材料，其在分子识别、气体存储、光电催化等领域具有广泛的应用前景。
近年来，随着纳米科技和材料科学的不断发展，新型碳基介孔材料的控制合成及应用已成为了科研人员的热点。
新型碳基介孔材料的制备方法主要包括模板法、硬模板法、软模板法等。
这些方法中，模板法是最常用的制备方法之一，其主要是通过选择合适的模板剂和碳源，控制合成出具有特定结构和尺寸的碳基介孔材料。
多孔碳材料的制备与性能研究
多孔碳材料的制备与性能研究多孔碳材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，在能源储存和转换、环境污染治理、催化剂载体等领域有着重要的应用价值。
本文将重点介绍多孔碳材料的制备方法和性能研究进展。
一、多孔碳材料的制备方法多孔碳材料的制备方法多种多样，主要包括模板法、自组装法、碳化法和化学气相沉积法等。
在模板法中，通过在模板表面上沉积碳源，再通过热处理或化学处理去除模板，最终得到多孔碳材料。
这种方法可以制备具有高度有序和连续孔道结构的材料，但模板的制备和去模板过程的控制较为复杂。
自组装法通过控制分子或物质的相互作用，在溶液中形成具有特定结构的分子自组装结构，然后通过热处理将其转化为多孔碳材料。
这种方法简单、灵活，并且能够制备出具有调控孔径和孔隙结构的材料。
碳化法利用碳化前体经高温热处理，使其发生碳化反应生成多孔碳材料。
常用的碳化前体包括聚合物、天然有机物和金属有机框架等。
碳化法可以得到高孔隙度、孔径可调的多孔碳材料，但材料的孔径分布范围较窄。
化学气相沉积法通过在气相反应条件下，使气体中的碳源经热解生成碳沉积在基底上，形成多孔碳材料。
这种方法制备的多孔碳材料具有优异的结晶性和孔结构可调性。
二、多孔碳材料的性能研究多孔碳材料的性能研究主要包括孔结构特征、表面性质以及应用性能等方面。
多孔碳材料的孔结构特征包括孔径、孔隙度和孔道连通性等。
孔径大小直接影响材料的吸附和传质性能，较大孔径的材料适用于吸附较大分子物质，而较小孔径的材料则适用于吸附小分子。
孔隙度是指孔隙体积与总样品体积的比值，决定着材料的储存和传输性能。
孔道连通性是指多孔材料内孔道的连通情况，好的连通性能能够提高材料的气体分离性能。
表面性质是多孔碳材料的另一个重要性能指标，包括比表面积、气体分子在表面的吸附行为和表面化学性质等。
较大的比表面积有利于提高材料的吸附性能和催化活性。
气体分子在材料表面的吸附行为与材料的孔径和孔隙度有关，可以通过吸附实验进行表征。
多孔材料
无机新材料多孔材料学院：环境与化学工程学院班级：应用化学01班姓名：乔梦茹学号：41004010120多孔材料应用化学01班乔梦茹41004010120摘要：多孔材料可分为金属和非金属两大类,也可细分为多孔陶瓷材料、高分子多孔材料和多孔金属材料3 种不同的类型。
多孔金属材料又称为泡沫金属,作为结构材料,它具有密度小、孔隙率高、比表面积大等特点;作为功能材料,它具有多孔、减振、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种性能。
而且,多孔金属材料往往兼有结构材料和功能材料的双重作用,是一类性能优异的多用途材料。
关键词：多孔材料微孔材料制备应用近年来 ,多孔金属材料已经在冶金、石油、化工、纺织、医药、酿造等国民经济部门以及国防军事等部门得到了广泛的应用。
在材料科学研究中,永不改变的话题是探索新材料。
人们注意到许多天然材料因其多孔的结构而具备优良的性能,因此,人们发展出了各种人造多孔材料。
作为材料科学研究中较年轻的一员,多孔材料迅速成为近年来国际科学界关注的热点之一。
1、多孔材料的分类多孔材料的重要特征是孔的种类和属性，具体包括孔道与窗口的大小尺寸和形状、孔道维数、孔道走向、孔壁组成等性质，可以按照不同标准来划分多孔材料的类型。
国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）以孔径尺寸为标准将多孔材料定义为三类：微孔材料、介孔材料、大孔材料。
此外，多级孔材料（微孔-介孔、微孔-大孔、介孔-大孔）成为多孔材料研究的又一热点领域，是新一代材料的代表。
1、微孔材料：微孔材料按照其结构和组成的特点可以分为沸石分子筛，类分子筛空旷骨架材料以及金属-有机骨架化合物（MOF）。
a)沸石分子筛天然沸石是一类天然硅铝酸盐矿物，并且在灼烧时会产生气泡膨胀的类似沸腾的现象，因此将其定义为沸石。
二十世纪四十年代，以Barrer R.M.为首的沸石化学家成功模仿天然沸石的生成环境，在水热条件下加热碱和硅酸盐的水溶液，合成出来首批低硅铝比的沸石分子筛。
矿石介孔材料与多孔材料制备
自组装法的缺点：需要精确 控制反应条件，否则容易产
生杂质
自组装法的应用：在矿石介孔 材料制备中，自组装法常用于 制备有序介孔材料，如硅基、
碳基等材料。
无模板法
原理：利用化学 反应生成介孔结
构
缺点：难以控制 孔径和孔隙率
优点：操作简单， 成本低
应用：制备介孔 材料，如二氧化
硅、氧化铝等
Part Four
绿色环保的制备方法与可持续发展
绿色环保的制备方法：采用无污染、低能耗的制备方法，减少对环境的影 响
可持续发展：提高矿石介孔材料与多孔材料的回收利用率，降低生产成本
技术创新：研发新型制备方法，提高矿石介孔材料与多孔材料的性能和稳 定性
市场需求：随着环保意识的提高，绿色环保的制备方法与可持续发展将成 为未来发展的趋势
介孔材料可以控制催化剂 的粒径和形貌，提高催化
性能
介孔材料可以调节催化剂 的表面性质，提高催化活
性和选择性
Part Six
矿石介孔材料与多 孔材料的未来发展
新型矿石介孔材料的开发与合成
开发新型矿石介孔材料，提高其性能和稳定性 研究新型合成方法，降低生产成本和能耗 开发新型应用领域，如环保、能源、生物医药等 研究新型功能化技术，提高材料的功能性和附加值 研究新型复合材料，提高材料的综合性能和应用范围
附性能
介孔材料可以改善多孔 材料的机械性能和热稳
定性
介孔材料可以调节多 孔材料的孔径和孔隙 分布，从而提高选择
性吸附性能
介孔材料可以增强多 孔材料的催化性能， 提高反应速率和选择
性
介孔材料在多孔催化材料制备中的应用
介孔材料作为载体，可以 提高催化剂的活性和稳定
性
介孔材料可以提供更多的 活性位点，提高催化效率
多孔碳材料的制备
多孔碳材料的制备一、本文概述多孔碳材料是一种具有丰富孔隙结构和优异性能的新型碳素材料，因其在能源、环境、催化等多个领域中的广泛应用而备受关注。
本文旨在全面概述多孔碳材料的制备方法，包括物理法、化学法以及模板法等，并深入探讨各种制备方法的优缺点，以及多孔碳材料在不同领域的应用现状和发展前景。
通过本文的阐述，读者可以更加深入地了解多孔碳材料的制备技术和应用领域，为多孔碳材料的进一步研究和应用提供有价值的参考。
二、多孔碳材料的制备原理多孔碳材料的制备主要基于碳前驱体的热解或碳化过程，以及后续的活化处理。
制备原理主要涉及碳源的选择、热解或碳化过程、活化方法以及孔结构的调控等方面。
碳源的选择是多孔碳材料制备的关键。
常见的碳源包括天然生物质（如木材、椰子壳、动物骨骼等）、合成高分子（如酚醛树脂、聚丙烯腈等）以及碳纳米材料（如石墨烯、碳纳米管等）。
这些碳源在热解或碳化过程中，能够形成碳骨架，为多孔结构的形成提供基础。
热解或碳化过程是多孔碳材料制备的核心步骤。
在热解过程中，碳源中的有机物在缺氧或低氧环境下发生热分解，生成碳和水、二氧化碳等小分子。
碳化过程则是在更高温度下，进一步去除碳中的杂质，提高碳的纯度。
这两个过程都能够形成多孔结构，其中孔的大小和分布取决于碳源的种类、热解或碳化温度以及气氛等因素。
活化处理是多孔碳材料制备过程中的重要环节。
活化方法主要包括物理活化和化学活化。
物理活化通常使用二氧化碳或水蒸气作为活化剂，在高温下与碳发生反应，刻蚀碳表面，形成多孔结构。
化学活化则使用酸、碱或盐等化学试剂，与碳源在较低温度下发生反应，生成多孔碳材料。
活化处理能够有效地调控多孔碳材料的孔结构和比表面积，提高其吸附性能和电化学性能。
孔结构的调控是多孔碳材料制备过程中的关键技术。
通过调整碳源、热解或碳化条件、活化方法等因素，可以实现对多孔碳材料孔结构的有效调控。
例如，改变碳源的种类和粒径可以影响孔的大小和分布；调整热解或碳化温度可以改变孔的形貌和连通性；选择不同的活化剂和活化条件可以调控孔的数量和比表面积等。
多孔材料化学 从无机微孔化合物到金属有机多孔骨架
本文主要从无机微孔化合物和金属有机多孔骨架的合成化学和结构化学这两方面来介绍 多孔材料化学的研究进展。多孔材料是一类具有规则孔结构的固态化合物，它们在催化、分离、 离子交换等工业领域有着广泛的应用。硅铝酸盐是最为人们所熟知的微孔分子筛，经过半个多 世纪的发展，人们又相继开发出磷酸盐、砷酸盐、锗酸盐、亚磷酸盐、硫酸盐、亚硒酸盐以及 金属硫化物等类沸石无机微孔化合物。近十多年来，配位聚合物与金属有机多孔骨架开始大量 兴起，为微孔化合物的多样化与组成的复杂性增添了新的领域。
氟离子方法是磷酸盐合成路线中的又一重要
突破[31]。氟离子可以作为矿化剂，有助于得到几 乎完美或很少缺陷的微孔分子筛；它还具有一定 的催化功能，在形成 AlPO4-14A 等分子筛时发挥 重要作用；此外，氟离子可以进入微孔磷酸盐骨 架，导致新型结构的形成。氟离子方法还容易产 成超大微孔化合物，比如具有 24 元环孔道的 VSB1[32]，VSB-5[33]；具有 20 元环孔道的 Cloverite [34]， MIL-50[35], ICL-1[36]；具有 18 元环孔道的 MIL-31 [37], MIL-46[38] ； 具 有 16 元 环 孔 道 的 ULM-5[39], ULM-16[40]。
多孔材料(综述)
多孔陶瓷材料的制备及其应用丁正平摘要:多孔材料由于其孔结构所具有的性能，在工业和社会生产中作用显著，本文第一章简述了多孔材料的分类、与传统材料的差别、制备的一般方法、评价体系以及应用。
多孔材料主要分为两大类多孔陶瓷和多孔金属材料。
多孔陶瓷由于既具有陶瓷的一般性质又具有独特的多孔结构，因而既具有一般陶瓷的性质，比如：耐热性能、稳定的化学性能、一定的强度；同时具有孔结构的渗透性能、吸声性能等等，因而在很多方面具有应用。
本文综述了多孔陶瓷的几种制备方法、性能表征、以及几个方面的应用。
关键词：多孔陶瓷制备应用目录1.多孔材料 (1)1.1多孔材料的概念 (1)1.2多孔材料的分类 (1)1.3多孔材料的性能特点 (2)1.4一般多孔材料的制备方法 (3)1.5成品的评价系统 (3)1.6多孔材料的应用 (3)2.多孔陶瓷 (4)2.1概述 (4)2.2性能特点 (4)2.3多孔陶瓷制备方法 (4)2.4性能及表征 (10)2.5 多孔陶瓷的应用 (14)2.6 前景与展望 (16)参考文献 (18)1多孔材料1.1 多孔材料的概念多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。
这些支柱或者平板通常被称为固定相，起到支撑整个材料的作用，材料的力学性能主要取决于固定相的性能，孔洞中填充的物质称之为流动相，根据填充物物理状态的不同，又可以细分为气相和液相，气相的较为常见，整个多孔材料就是由固定向和流动相组成。
典型的孔结构有：一种是由大量多边形孔在平面上聚集形成的二维结构；由于其形状类似于蜂房的六边形结构而被称为“蜂窝”材料；更为普遍的是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构, 通常称之为“泡沫”材料。
根据功能材料的要求，多孔材料的具备以下两个要素:一是材料中必须包含大量的空隙；二是材料必须被用来满足某种或者某些设计要求已达到所期待的某种性能指标，多孔材料中的空隙相识设计者和使用者所希望得到的功能相，为材料的性能提供优化作用[1]。
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（2）在骨架中硅氧四面体是中性的，而铝氧 四面体则带有负电荷，骨架的负电荷由阳离 子来平衡。骨架中空部分（就是分子筛的孔 道和笼）可由阳离子、水或其它客体分子占 据，这些阳离子和客体分子是可以移动的， 阳离子可以被其它阳离于所交换。分子筛骨 架的硅原子与铝原于的摩尔比例常常被简称 为硅铝比（Si／Al，有时也用SiO2／Al2O3表 示)。
2.鉴定方法
最简单的鉴定是应用衍射方法，尤其 是x射线衍射，无定形固体没有衍射峰，而 次晶没有衍射峰或只有很少几个宽衍射蜂， 结晶固体能给出一套特征的衍射峰。
3. 无定形、次晶、晶体材料的特征：
无定形材料：缺少长程有序、孔道不规则， 孔径大小不是均一的且分布很宽。
次晶材料：含有许多小的有序区域，但孔径 分布也较宽。
硅沸石；②中硅沸石；③高硅沸石；④全 硅分子筛；⑤全硅笼合物；⑥磷酸铝分子 筛；⑦取代的磷酸铝分子筛；⑧其它磷酸 盐分于筛；⑨微孔二氧化锗及锗酸盐；⑩ 微孔硫化物；11八面体氧化物微孔材料； 12微孔硼铝酸盐；13其它微孔材料。
第3节 沸石类型材料的合成
1.沸石分子筛的合成 2.非硅铝酸盐分子筛的合成 3.磷酸盐分子筛的合成 4.其它类型分子筛的合成
第2节 沸石（zeolite）类材 料及其结构特征
1.沸石与分子筛 2.沸石和分子筛的性质 3.沸石与分子筛的骨架结构 4.晶体结构的非完美性 5.分类
15.2.1 沸石与分子筛
1.沸石
沸石是最为人知的微孔材料家族。天然沸石很早以 前（1756年）就被发现。自20世纪40年代第一个人造沸 石出现之后，沸石在石油工业催化剂的应用激励和促进着 合成方面的研究。在许多活跃的研究领域中，新材料的合 成和它们的生成机理研究一直是崇高而重要的课题。沸石 及有关材料的合成进展很快，每年都有新的结构和新的材 料被发现。这方面的研究不但是出于学术兴趣，而且也是 由于不断发现新应用的促进作用。
5. 常用的多孔无机材料制备方法：
①沉淀法，固体颗粒从溶液中沉淀出 来生成有孔材料；②水热晶化法，如沸石 的制备；③热分解方法，通过加热除去可 挥发组分生成多孔材料；④有选择性的溶 解掉部分组分；⑤在制造形体（薄膜、片、 球块等）过程中生成多孔（二次孔）。
本章将只讨论结晶的多孔材料：即微 孔材料沸石和分子筛。
第15章多孔材料的 合成化学
内容简介
第1节 多孔材料（porpous material）与 它的分类
第2节 沸石（zeolite）类材料及其结构特 征
第3节 沸石类型材料的合成 第4节 生成机理与基本合成规律 第5节 微孔材料合成 material）与它的分类
1.多孔材料的分类
（1）按照国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）的 定义．多孔材料可以按它们的孔直径分为三类： 小于2nm为微孔（micropore）；2～50nm为介孔 （mesoporous）；大于50nm为大孔(macropore)， 有时也将小于0.7nm的微孔称为超微孔。 （2）而根据结构特征，多孔材料可以分成三类： 无定形、次晶和晶体。
（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；（8）阳离于的可交 换性；（9）分子筛性质，沸石分离混合物可以基于它们 的分子大小、形状、极性、不饱和度等；（10）良好的热 稳定性和水热稳定性，多数沸石的热稳定性可超过500℃； （11）较好的化学稳定性，富铝沸石在碱性环境中有较高
断层错位的出现（如在钠菱沸石GME中）会 对沸石的性质有非常大的影响．尤其是吸附性质， 会大大地减少吸附量和减小平均孔径。
共生则是两种相似的结构有规则地或无规则 地混合生长在同一晶体里面，最为典型的是 FAU—EMT共生。
15.2.5 分类
对沸石分类有许多方法，较常用的是按结 构类型分类和按组成（合成方法）分类。
纯度由X射线衍射来测定。
（3）ZSM-51（MFI）的合成：
将铝酸钠溶液（0.9g铝酸钠固体和5.9gNaOH溶 在50 g水中）和模板剂溶液（8.0 g四丙基溴化铵 TPABr和6.2g 96％硫酸溶在100g水中）同时加入到 盛有60g硅溶胶（含30％Si2O）聚丙烯塑料瓶中，之 后立即盖上瓶盖，激烈摇动使得凝胶均匀。至此， 反应混合物具有如下摩尔比：SiO2／A12O3=85， H2O／Si2O =45，Na+/Si2O=0.5，TPA+／Si2O=0.1。 在95℃晶化10至14d。经过滤、水洗、干燥，得到 ZSM-5沸石原粉。如果反应混合物被放入不锈钠反 应釜中高温（140至180℃）晶化，反应时间将缩短 为1d左右。产物中的有机模板剂能通过高温（如 500℃)焙烧除去。
3.不同结构的沸石和分子筛具有不同的孔 径和孔道形状
图15-4给出了典型沸石和近期合成的 大孔分子筛孔径大小以及一些常见的探针 分子尺寸的参考值。
15.2.4 晶体结构的非完美性
实际上的沸石晶体不可能具有十分完美的结 构，除了在一般晶体中常见的各种缺陷外，在沸 石中发生断层错位（fault）和共生（intergrowth） 也是很普遍的。但是断层错位和共生可以在合成 中得到控制。
这种高碱性的硅铝凝胶主要用于合成富 铝沸石，如A沸石和X或Y沸石。如果要合成 富硅沸石（ZSM-5），需要加入有机模板剂。
3.下面是三个在温和水热条件下合成沸石的实 例：
（1）A型沸石（LTA)Na12[(AlO2)12(SiO2)12]·27H2O的合成
13.5g铝酸钠固体（约含40％A12O3、33％Na2O和27％H2O 和25g氢氧化钠在电磁搅拌下被溶解在300mL水中，适当加 热可以加速溶解。在激烈搅扦下，将铝酸钠溶液加入到热的 硅酸钠溶液（4.2g Na2SiO4·9H2O溶在200mL水中）中，将整 个溶液加热至约90℃，并在此温度下继续搅拌至反应完成 （约需搅拌2至5h），如停止搅拌固体立即沉降下来则表明 反应完成。然后过滤、水洗、干燥，得到A型沸石原粉。纯 度由x射线衍射来测定。由此方法得到的沸石为自色粉末， 晶体尺寸1—2μm。
1. 按其所含的次级结构单元来分类： 常见的结构可划分为以下几组：①双四元环
（D4R）组；②双六元环（D6R）组；③单四元 环(S4R)组；④五元环（5-1）组等。
有时也可按孔径大小分类，分成大孔（≥12元 环）、中孔（10元环）、小孔结构（8和6元环）。
2. 按组成分类：
将沸石和微孔材料分成以下几类：①低
的组成，但它们具有相同的FAU结构。
15.2.2 沸石和分子筛的性质
1.沸石和类沸石分子筛是应用最广泛的催化剂和吸附剂， 由于其规则有序的结构．沸石的各种性质在很大程度上是 可预测的。
2.沸石不同于其它无机氧化物是因为沸石具有以下特殊性 质：（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，可从亲水性到疏水 性；（4）酸性或其它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（5～ 12Å）范围之内；（6）孔腔内可以有较强的电场存在；
（2）Y型沸石（FAU）Na56[(AlO2)56(SiO2)136] ·250H2O 的合成 ：
13.5g铝酸钠固体（约含40％A12O3、33％Na2O和 27％H2O）和10g氢氧化钠在电磁搅拌下被溶解在 70mL水中，适当加热可以加速溶解。在激烈搅拌下， 将铝酸钠溶液加入到盛有100g硅溶胶（含30％SiO2) 的聚丙烯塑料瓶中，至此，反应混合物具有如下摩 尔比：SiO2／A12O3=10，H2O／Si2O＝16，Na+／ Si2O＝0.8。在室温下陈化1至2d，然后在95℃晶化2 至3d。经过滤、水洗、干燥，得到Y型沸石原粉。
（3）笼的构成：
一个骨架结构能够看成是由一个或多 个SBU （次级结构单元）连接而成。图151给出了常见的SBU。笼可以看成是更大的 建筑块。通过这些SBU不同的连接可以产 生许多甚至无限的结构类型；（见图152）。
2.磷酸铝（AlPO-n）是另一大类分子筛材 料。
它们的骨架是由AlO4四面体和PO4四面 体连接而成。
2.分子筛
分子筛是以选择性吸附为特征的。分子筛一 词是为描述一类具有选择性吸附性质的材料， McBain于1932年提出的（可以是结晶的也可以是 无定形的），当时，只有两类分子筛材料是已知 的：天然沸石和活性炭。后来，又有多种分子筛 材料被发现，包括硅酸盐、磷酸盐、氧化物等。
3.沸石的命名
以上三个例子并不是合成这些沸石的惟 一混合物组成和反应条件，只是希望对沸 石合成有最基本的了解，下一节在生成机 理讨论之后，将对沸石合成的主要影响因 素逐一进行介绍，包括那些在上面例子里 并没有涉及到的合成影响因素。
15.3.2 非硅铝酸盐分子筛的合成
1．分子筛与元素周期表-杂原子取代 2．全硅分子筛与笼合物
的稳定性，而富硅沸石在酸性介质中有较高的稳定性； （12）沸石很容易再生，如加热或减压除去吸附的分子， 离子交换除去阳离子。
15.2.3 沸石与分子筛的骨架结构
1.（1）沸石具有三维空旷骨架结构，骨架是由硅 氧四面体[SiO4]4-和铝氧四面体[AlO4]5-通过共用氧 原子连接而成，它们被统称为TO4四面体（基本 结构单元）。所有TO4四面体通过共享氧原子连 接成多元环和笼，被称之为次级结构单元 （SBU）。这些次级结构单元组成沸石的三维骨 架结构，骨架中由环组成的孔道是沸石的最主要 结构特征。
1．分子筛与元素周期表-杂原子取代：
原则上，分子筛骨架的硅可以被其它元素 所取代。如果将某些非硅铝元素引入合成体系沸 石骨架可以得到含有这种元素的杂原子沸石。杂 原于会改变沸石的性质，具有特殊的催化功能。
已有许多杂原子分子筛被合成出来，如含镓、 锗、硼、铁、钛、铍、锌、锡、铅、钼等硅铝沸 石和硅酸盐分子筛。
15.3.1沸石分子筛的合成
1.合成的历史
（1）沸石的合成可以追溯到19世纪中期，模仿天然沸 石的地质生成条件，使用高压和高温，但结果并不理想。