多孔材料的合成化學(xué)講課講稿

1、多孔材料的合成化學(xué) 沸石與分子篩的特點(diǎn)沸石與分子篩的特點(diǎn)沸石：嚴(yán)格定義是一類結(jié)晶的硅鋁酸鹽微孔結(jié)晶體分子篩：具有選擇性吸附能力的材料沸石與分子篩的骨架結(jié)構(gòu)沸石與分子篩的骨架結(jié)構(gòu) 沸石具有三維空曠骨架結(jié)構(gòu)，骨架是由硅氧四面體SiO44-和鋁氧四面體AlO45-通過共用氧原子連接而成，它們被統(tǒng)稱為TO4四面體（基本結(jié)構(gòu)單元）。所有TO4四面體通過共享氧原子連接成多元環(huán)和籠，被稱之為次級(jí)結(jié)構(gòu)單元（SBU）。這些次級(jí)結(jié)構(gòu)單元組成沸石的三維骨架結(jié)構(gòu)，骨架中由環(huán)組成的骨架中由環(huán)組成的孔道是沸石的最主要結(jié)構(gòu)特孔道是沸石的最主要結(jié)構(gòu)特征征。 在骨架中硅氧四面體是中性的，而鋁氧四面體則帶有負(fù)電荷，骨架的負(fù)電荷由

2、陽離子來平衡。骨架中空部分（就是分子篩的孔道和籠）可由陽離子、水或其它客體分子占據(jù)，這些陽離子和客體分子是可以移動(dòng)的，陽離子可以被其它陽離于所交換。分子篩骨架的硅原子與鋁原于的摩爾比例常常被簡(jiǎn)稱為硅鋁比（SiAl，有時(shí)也用SiO2Al2O3表示)。 沸石與分子篩的骨架結(jié)構(gòu)沸石與分子篩的骨架結(jié)構(gòu)：n介孔材料的主要特征：介孔材料的主要特征： l骨架的組成的可調(diào)性；骨架的組成的可調(diào)性；l非常高的表面積和吸附容量；非常高的表面積和吸附容量；l吸附性質(zhì)能被控制；吸附性質(zhì)能被控制；l酸性或其它活性中心的強(qiáng)度和濃度能被調(diào)整酸性或其它活性中心的強(qiáng)度和濃度能被調(diào)整l孔道規(guī)則且孔徑大小正好在多數(shù)分子的尺寸范孔道規(guī)

3、則且孔徑大小正好在多數(shù)分子的尺寸范圍之內(nèi)；圍之內(nèi)；l孔腔內(nèi)可以有較強(qiáng)的電場(chǎng)存在；孔腔內(nèi)可以有較強(qiáng)的電場(chǎng)存在；3 常用的多孔無機(jī)材料制備方法沉淀法沉淀法，固體顆粒從溶液中沉淀出來生成有孔材料；，熱分解方法，熱分解方法，通過加熱除去可揮發(fā)組分生成多孔材料；有選擇性的溶解掉部分組分；有選擇性的溶解掉部分組分；在制造形體（薄膜、片、球塊等）過程中生成多孔（二在制造形體（薄膜、片、球塊等）過程中生成多孔（二次孔）次孔）。多層自組裝雙重模板,有控制的破壞；聚合物作模板劑；乳濁液作模板劑； 介孔和大孔材料的孔徑控制：主要合成方法現(xiàn)在有許多合成方法可被用來合成介孔材料和大孔材料，如按現(xiàn)在有許多合成方法可被用來

4、合成介孔材料和大孔材料，如按產(chǎn)物的孔直徑分類，主要有以下幾種：產(chǎn)物的孔直徑分類，主要有以下幾種： 2nm，使用不同鏈長(zhǎng)的表面活性劑作模板劑；，使用不同鏈長(zhǎng)的表面活性劑作模板劑； 2 7nm，高溫合成；，高溫合成； 4 7nm，二次合成合成后水熱處理；，二次合成合成后水熱處理； 4 10nm，使用帶電的表面活性劑和中性有機(jī)物；，使用帶電的表面活性劑和中性有機(jī)物； 4 11nm，二次合成水，二次合成水-胺合成后處理；多層自組裝胺合成后處理；多層自組裝有有控制的破壞；控制的破壞； 2 30nm，聚合物作模板劑；，聚合物作模板劑； 50nm，乳濁液作模板劑；，乳濁液作模板劑； 150nm，膠體顆粒模板

5、劑晶化。，膠體顆粒模板劑晶化。101000nm,多層自組裝多層自組裝雙重模板雙重模板其它非模板方法合成多孔材料其它非模板方法合成多孔材料多孔氧化鋁、多孔碳材料、氣多孔氧化鋁、多孔碳材料、氣凝膠、層柱材料凝膠、層柱材料l分子篩的轉(zhuǎn)化機(jī)理分子篩的轉(zhuǎn)化機(jī)理l 固相轉(zhuǎn)變機(jī)理 l 液相轉(zhuǎn)變機(jī)理 l 雙相轉(zhuǎn)變機(jī)理 l 液相中硅酸根與鋁酸根離子的聚合反應(yīng) l 陽離子的模板效應(yīng)l 多孔材料具有豐富的孔隙豐富的孔隙，當(dāng)聲波傳播到多孔材料上時(shí)，在網(wǎng)狀的孔隙內(nèi)引起空氣的振動(dòng)，進(jìn)而通過空氣與多孔材料基體之間的摩擦，聲波的能聲波的能量轉(zhuǎn)變成熱能而被消耗，從而達(dá)到消除噪聲量轉(zhuǎn)變成熱能而被消耗，從而達(dá)到消除噪聲的效果。安裝

6、在汽車排氣管中間的蜂窩狀多孔材料，用來減少汽車排氣管的噪音。l 一些新型建筑材料也廣泛采用多孔泡沫陶瓷作為墻體材料。l 多孔材料扮演著的角色。l 使用多孔材料，讓廢氣或廢液通過多孔體，其中的有害物質(zhì)顆粒物就會(huì)被攔截或者吸附在多孔結(jié)構(gòu)中，而凈化后的氣體或液體就可以排放到自然界中了。蜂窩陶瓷過濾尾氣的作用機(jī)制蜂窩陶瓷過濾尾氣的作用機(jī)制l柴油車尾氣顆粒物過濾的途徑是讓尾氣通過一種“壁流式”的蜂窩陶瓷。l 很多污染物都需要在催化劑的作用下進(jìn)行催化處理，但是催化劑必須涂覆在一種載體上才能有效的起作用。 l 在多孔材料基體上形成高比表面積的過渡層材料，然后將催化劑負(fù)載于這層高比表面積的過渡層上，就構(gòu)成了一

7、組催化反應(yīng)器。 l 多孔材料支撐體起到了提供催化反應(yīng)器和分散催化劑的重要作用，而且支撐體本身性能的優(yōu)劣(化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等)將直接影響到催化劑效能的發(fā)揮。l 多孔材料具有較高的氣孔率較高的氣孔率和較低的基體導(dǎo)熱系較低的基體導(dǎo)熱系數(shù)，所以這種材料具有很好的隔熱保溫隔熱保溫效果。利用多孔材料的這種優(yōu)點(diǎn)可以將其用于各種防止熱輻射的場(chǎng)合，以及用于保溫節(jié)能方面，因此從環(huán)保和節(jié)能兩方面來說都是有利的。 l 采用多孔材料建筑材料可以讓房屋具有非常好的保溫隔熱效果；航天器的熱保護(hù)系統(tǒng)就廣泛采用了多孔材料 n多孔材料的合成，關(guān)鍵問題是如何控制孔的大小、形狀和分布，以及在孔道中引入功能基團(tuán)和功能分子。n功能化

8、、大孔徑、多維交叉、復(fù)雜孔道分子篩的合成仍是分子篩研究的熱點(diǎn)之一。 所謂的介孔復(fù)合體就是將納米尺寸的金屬或非金屬超微粒(或分子)用物理或化學(xué)的方法放入介孔固體的各個(gè)孔(或籠)內(nèi)復(fù)合而成的固體。它是納米顆粒和介孔固體二者的聯(lián)合體，因此，介孔復(fù)合體兼有納米顆粒和介孔固體的某些獨(dú)特性能。 理想的材料是保持介孔結(jié)構(gòu)的同時(shí)，又具理想的材料是保持介孔結(jié)構(gòu)的同時(shí)，又具有沸石型孔壁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)酸性復(fù)合材料。具有沸石型孔壁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)酸性復(fù)合材料。具有介孔和微孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合分子篩成為近年有介孔和微孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合分子篩成為近年來沸石研究人員頗感興趣的一類新材料來沸石研究人員頗感興趣的一類新材料。 由于多孔材料具有特殊的性能，在催化材料和吸附材料的應(yīng)用方面顯示出巨大的應(yīng)用