有序介孔材料的研究进展

MCM-41 (p6mm)
MCM-48( Ia3d)
MCM-50(Lá)
1994年，Huo等在酸性条件下合成出APMs介孔材料，结束MCM系列只能在 碱性条件下进行的历史，拓展了人们对模板法合成介孔材料的认识
1996年Bagshaw等采用聚氧乙烯表面活性剂，S0I0 非离子型合成路线，首次合 成出介孔分子筛Al2O3 。其表面积可达600 m2/g ，去除模板剂后的热稳定性 可达700℃
通过介孔材料的修饰和改性或其他合成方法，优化介孔材料的性能
进一步研究介孔材料结构与性能的关系，研究各种介孔材料具体的特殊 性能，从而把介孔材料作为一种功能型器件运用于具体场合开辟道路
发现更多的介孔材料的应用领域，真正发挥介孔和大孔的独特作用
前景展望
介孔分子筛是近年来材料科学领域兴起的一个前沿学科， 已成为当今科学界研究的一个热点。
软模板法
Sol-gel
Removal of template
Surfactant micelles
Organic/inorganic composites
缺点： ➢骨架结构不能完全缩聚 ➢热稳定性比较差 ➢曲率与模板的壁不匹配
Mesoporous material
硬模板法
I41/a
CMK-1
Ia3d
1999年，Ryoo等利用硅分子筛为模板合成介孔碳分子筛，就此揭开了用硬模板法 合成有序介孔氧化物的序幕
2003年，赵东元等利用KIT-6为模板合成了高度有序的介孔Cr2O3 2003年，Ryoo等利用介孔分子筛SBA-15为模板合成了有序的接孔CeO2
2005年，Tiemann等先用SBA-15为模板合成了有序的CMK-3为模板合成了 MgO
介孔材料合成的突破性进展是酸性合成体系中使用嵌段共聚物（非离子表面活 性剂)为模板，得到孔径大、有序程度高的介孔分子筛SBA-15
1999年，Ryoo等利用硅分子筛为模板合成介孔碳分子筛，就此揭开了用硬模板法 合成有序介孔氧化物的序幕
SBA-15
highly ordered thick silica wall, microporous walls thermally and hydrothermally stable large pore size (4.6 ~ 40 nm) high surface areas ( ~ 1000 m2/g) pore volume (1.0—2.5 cm3/g)
介孔孔径均一可调
比表面积大
颗粒外形丰富多彩
特性
骨架结构稳定， 易于掺杂其他组 分
内表面易于修饰
水、热稳定性较好
有序介孔材料合成的历史
1992年Mobil公司的科学家首次报道合成了M41M系列介孔分 子筛，它们具有规整有序的孔道结构，比表面积大，孔径可以在 1.5～10nm之间可调。这一报道立即引起国际学术界的重视，从 此掀起介孔材料研究的热潮
❖液晶模板机理 ❖协同作用机理 ❖电荷密度匹配机理 ❖广义液晶模板机理
液晶模板与协同作用机理
MCM-41 MCM-48 MCM-50
Electric interaction: S+I-, S-I+, S+X-I+, S-X+I Hydrogen-bonding interaction: S0I0
电荷密度匹配机理
1996年Bagshaw等采用聚氧乙烯表面活性剂，S0I0 非离子型合成路线，首次合 成出介孔分子筛Al2O3 。其表面积可达600 m2/g ，去除模板剂后的热稳定性 可达700℃
介孔材料合成的突破性进展是酸性合成体系中使用嵌段共聚物（非离子表面活 性剂)为模板，得到孔径大、有序程度高的介孔分子筛SBA-15
近期的研究表明各种新型的介孔材料在化学、光电子学、 电磁学、材料科学、环境科学、分离科学等诸多领域有着 巨大的应用潜力。
介孔分子筛功能材料将在二十一世 纪材料科学的发展中发挥重要的作用。
1994年，Huo等在酸性条件下合成出APMs介孔材料，结束MCM系列只能在碱 性条件下进行的历史，拓展了人们对模板法合成介孔材料的认识
有序介孔材料的研究进展
简介 有序介孔材料的合成方法 有序介孔材料的合成机理 应用与展望 文献
多孔材料的分类
微孔材料
ຫໍສະໝຸດ Baidu
介孔材料
大孔材料
孔径小于2nm
孔径在2~50nm之间
孔径大于50nm
定义：有序介孔材料是以表面活性剂分子聚集体为模板，利用 溶胶凝胶工艺，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的 孔道规则、孔径介于2-50nm的多孔材料。
有序介孔材料的合成方法
软模板法：无机前驱体与表面活性剂在一定条件下，自 组装生成有序的有机无机的杂化相，利用高热处理或其 他方法去除表面活性剂，最终得到有序介孔材料。主要 合成硅基有序介孔材料，如MCM-41, MCM-48， SBA-15等等
硬模板法：以有序多孔材料为模板，在孔内合成预期的 各种纳米结构材料。主要合成非硅基的有序介孔材料， 如有序介孔碳，有序介孔氧化铝，有序介孔氧化锰等等
之一
化工领域 生物医药领域 环境科学领域 分离科学领域 功能材料制备
面临的问题
多数新型介孔分子筛合成路线复杂，成本较高，存在 一些技术上的问题，因此还无法实现工业化, 所以针对 这一特点进行的研究应该继续深入
寻找廉价、低毒、简便、快速的合成方法以及回收模板剂等降低成本的 方法是介孔材料发展应该努力的方向
2007年, Freddy等用二维六方的SBA-15和三维立方的KIT-6为模板合成了有序
的
Co3O4
MCM-48
Synthesis of mesoporous carbon
Stabilization of crystallization process for Ordered Nb-Ta oxide
Synthesis of MgO by mesoporous carbon replication
有序介孔材料的形成机理
Reaction Coordinate
广义液晶模板机理
该机理认为：表面活性剂分子与无 机物中之间靠协同模板作用成和形 成液晶，发展成为介孔结构
协同模板的类型： ✓电荷匹配模板 ✓配位体辅助模板 ✓中性模板
有序介孔材料的应用
有序介孔材料自诞生起就 得到国际物理学、化学与 材料界的高度重视，并迅 速成为跨学科研究的热点