1、有序介孔材料在催化中的應用有序介孔材料在催化中的應用10110331 化工卓越112 余思承有序介孔材料在工業(yè)催化中的應用有序介孔材料在工業(yè)催化中的應用10110331 化工卓越112 余思承目錄目錄1.有序介孔材料概述2.有序介孔材料的發(fā)展3.有序介孔催化劑的合成4.有序介孔催化劑的應用Bref為什么研究有序介孔材料？為什么研究有序介孔材料？ 化工生產約有化工生產約有8085的過程使的過程使用催化劑，催化劑是化工技術的核心。用催化劑，催化劑是化工技術的核心。依據綠色化學理念，在氣相或液相反應依據綠色化學理念，在氣相或液相反應中使用固體催化劑，可以克服均相催化中使用固體催化劑，可以克服均相催化

2、劑的諸多缺點。將酸堿，金屬或金屬氧劑的諸多缺點。將酸堿，金屬或金屬氧化物以及有機官能團等固載在催化劑載化物以及有機官能團等固載在催化劑載體上是非?？尚械姆椒āｓw上是非?？尚械姆椒ā?有序介孔材料有序介孔材料是上世紀九十年代提是上世紀九十年代提出并發(fā)展起來的一類先進材料，有巨大出并發(fā)展起來的一類先進材料，有巨大的潛在應用價值，引起了學者的廣泛關的潛在應用價值，引起了學者的廣泛關注。經過近三十年的發(fā)展，介孔材料的注。經過近三十年的發(fā)展，介孔材料的種類、合成方法、合成機理和應用等方種類、合成方法、合成機理和應用等方面的研究已經取得了長足的進展，為介面的研究已經取得了長足的進展，為介孔材料的應用和更深

3、一步的研究奠定了孔材料的應用和更深一步的研究奠定了良好的基礎。但是介孔材料的功能化和良好的基礎。但是介孔材料的功能化和實際應用依舊存在很多困難，有待人們實際應用依舊存在很多困難，有待人們付出更多努力研究。付出更多努力研究。Bref為什么研究有序介孔材料？為什么研究有序介孔材料？1.有序介孔材料具有較大的比表面積、相對大的孔徑以及規(guī)整的孔道結構，有序介孔材料具有較大的比表面積、相對大的孔徑以及規(guī)整的孔道結構，可以處理較大的分子或基團，是很好的擇形催化劑。可以處理較大的分子或基團，是很好的擇形催化劑。2.有序介孔材料直接作為酸堿催化劑使用時，能夠改善固體酸催化劑上的結有序介孔材料直接作為酸堿催化劑

4、使用時，能夠改善固體酸催化劑上的結炭，加快產物的擴散速度，轉化率可達炭，加快產物的擴散速度，轉化率可達90，產物的選擇性達，產物的選擇性達100.3.由于有序介孔材料窄的孔道分布和組成靈活等特點，可在有序介孔材料骨由于有序介孔材料窄的孔道分布和組成靈活等特點，可在有序介孔材料骨架中摻雜具有氧化還原能力的過渡元素、稀土元素或者負載催化劑，更好地進行架中摻雜具有氧化還原能力的過渡元素、稀土元素或者負載催化劑，更好地進行選擇性催化。選擇性催化。有序介孔材料的應用優(yōu)勢：Bref什么是有序介孔材料？什么是有序介孔材料？多孔材料的分類：介孔材料介孔材料大孔材料大孔材料微孔微孔材料材料孔徑大于50nm孔徑在

5、250nm之間孔徑小于2nmBref什么是有序介孔材料？什么是有序介孔材料？有序介孔材料的定義：介孔材料介孔材料有序介孔材料是以表面活性劑分子聚集體為模板，利用溶膠凝膠工藝，通過有機物和無機物之間的界面作用組裝生成的孔道規(guī)則、孔徑介于2-50nm的空間呈規(guī)則排列的多孔材料。 其特點在于，孔徑上介于微孔（50nm)，孔道規(guī)則異于無序介孔材料特性比表面積大比表面積大介孔孔徑均一可調介孔孔徑均一可調骨架結構穩(wěn)定，骨架結構穩(wěn)定，易于摻雜其他組易于摻雜其他組分分顆粒外形豐富多彩顆粒外形豐富多彩內表面易于修飾內表面易于修飾水、熱穩(wěn)定性較好水、熱穩(wěn)定性較好Histoire有序介孔材料的發(fā)展？有序介孔材料的發(fā)

6、展？ 1992年Mobil公司的科學家首次報道合成了M41M系列介孔分子篩。 它們具有規(guī)整有序的孔道結構，比表面積大，孔徑在1.510nm之間可調。這一報道立即引起國際學術界的重視，從此掀起介孔材料研究的熱潮。近年有序介孔材料的研究可歸納如下：1、在硅基材料基礎上合成不同骨架結構、在硅基材料基礎上合成不同骨架結構和元素組成的有序介孔材料。和元素組成的有序介孔材料。3、有序介孔材料的廣泛應用，對其微粒、有序介孔材料的廣泛應用，對其微粒形貌提出了要求，因此微粒形貌的控制是形貌提出了要求，因此微粒形貌的控制是近年來研究的熱點之一。近年來研究的熱點之一。2、對一給定骨架結構的材料，優(yōu)化其合、對一給定骨

7、架結構的材料，優(yōu)化其合成過程，開發(fā)新的合成體系和路線。成過程，開發(fā)新的合成體系和路線。 眾所周知，TS-1和TS-2在烴類的氧化反應中具有獨特的催化作用。然而，由于受催化劑孔徑的限制，使它只適用于小分子參與反應。 1994年，Corma等人首次合成出了骨架含鈦的介孔分子篩Ti-MCM-41，從而使鈦硅分子篩的應用范圍得到進一步的拓展。研究結果表明，以三丁基過氧化氫（THP）作為氧化劑，在313K時， THP于5小時后的轉化率可達30%。環(huán)氧化產物的選擇性為90%。然而，Ti-沸石作為該反應的催化劑THP的轉化率只能達到20%，Ti-ZSM-5則毫無活性。從這可以看出，在以大分子的有機過氧化物作

8、為氧化劑的反應中，介孔材料比其它沸石分子篩更具有優(yōu)勢。synthse有序介孔材料的合成？有序介孔材料的合成？ 有序介孔材料的合成過程示意圖：synthse有序介孔材料的合成？有序介孔材料的合成？ 有序介孔材料的合成方法： 化學或物理方法，將催化劑組裝或引入到介孔材料的孔道、孔壁或孔壁骨架中，實現(xiàn)催化劑的高度分散和固定得到了以介孔材料為載體的高效催化劑。軟模板劑法軟模板劑法硬模板劑法硬模板劑法刻蝕法刻蝕法溶膠溶膠-凝膠法凝膠法氣相沉積法氣相沉積法 synthse有序介孔材料的合成？有序介孔材料的合成？最常用的合成方法模板劑法：基本思想：圍繞“模板”堆砌孔壁，固定孔壁后再將“模板”除去得到孔道。軟

9、模板法：模板主要是用具有兩親性質的表面活性劑分子組成膠束，通過較強的氫鍵等分子間作用力，和目標物質的前驅物小分子產生較強的相互作用，使目標物質的前驅物分子聚集在模板周圍。通過聚合等步驟，目標產物的前驅物在模板周圍形成剛性骨架，除掉模板劑后即可得到復制了模板劑液晶相介觀結構的介孔材料。硬模版法：模板劑一般為介孔氧化硅、碳、無機納米粒子及其聚集體等固體材料。通過在模板孔道中灌注目標物質的前驅物，經轉化、除模板等步驟而獲得反相復制結構。該方法特別適合于制備溶膠凝膠過程難于控制物質的有序介孔結構材料。有序介孔材料催化劑分子的功能化設計（舉例）1.在介孔聚合物孔道內引入官能團，制備固體催化劑在介孔聚合物

10、孔道內引入官能團，制備固體催化劑2.以介孔碳或介孔聚合物為載體，負載金屬或金屬氧化物制備催化劑以介孔碳或介孔聚合物為載體，負載金屬或金屬氧化物制備催化劑例如合成CMK-3后，將其置于裝有發(fā)煙硫酸的反應釜中，經60處理48H后，可得到磺酸化的介孔碳材料，其-SO3H濃度可達1.3mmol/g。材料在Beckmann重排以及縮合反應中顯示出很好的活性與選擇性。例如使用H2IrCL6為金屬源，鹽酸為聚合催化劑，間苯二酚和甲醛為碳前驅體，與F127共組裝，制備了含Ir有序介孔碳，該催化劑在催化分解N2H4的反應中表現(xiàn)出了很高的活性。synthse有序介孔材料的合成？有序介孔材料的合成？化工領域化工領域

11、appliquer有序介孔材料的應用？有序介孔材料的應用？ 有序介孔材料自誕生起就得到國際物理學、化學與材料界的高度重視，并迅速成為跨學科研究的熱點之一生物醫(yī)藥領域生物醫(yī)藥領域功能材料制備功能材料制備分離科學領域分離科學領域環(huán)境工程領域環(huán)境工程領域appliquer有序介孔材料的應用？有序介孔材料的應用？介孔材料的應用：(1)吸附與分離。介孔材料具有較高的比表面積、開放的孔道結構，其介孔表面可引入不同的功能中心，因此，該類材料在吸附與分離領域具有巨大的應用潛能。包括水處理，如用于去除水溶液中的重金屬離子以及各種有機污染物；氣體儲存與分離，這主要包括利用介孔碳或貴金屬等修飾的碳材料儲存H，利用含

12、N物種嫁接或負載的二氧化硅材料進行溫室氣體C02的分離；介孔材料對各種具有不同尺寸大小的生物分子的固定或分離：藥物的傳遞與釋放。 appliquer有序介孔材料的應用？有序介孔材料的應用？介孔材料的應用：(2)電化學能量儲存與轉化。該應用主要涉及介孔碳材料，介孔碳材料可直接作為超級電容器或鋰離子電池等的電極材料。拼介孔碳材料具有高比表面積的同時，具有更大的孔徑，可以明顯促進電解質離子的傳輸，從而促進雙電層在其界面快速形成，提高器件的功率性能。特別是在大電流充放電情況下，大的介孔孔徑對電解質離子的快速遷移具有更加明顯的優(yōu)勢，能提高電極材料性能的穩(wěn)定性。(3)催化。人們最初研究介孔分子篩就是為了克

13、服傳統(tǒng)沸石分子篩對大分子傳輸?shù)南拗?，從而開發(fā)石油裂化的新型催化劑。在介孔材料中引入一定的催化活性組分，可以得到多種針對不同反應類型的良好催化劑材料。appliquer有序介孔材料的應用？有序介孔材料的應用？最常見的應用化工領域：直接用作催化劑骨架引入Al或者Ti、V等金屬離子-酸堿性和氧化性有序介孔材料特別是在催化有大體積分子參與的反應中，有序介孔材料顯示出優(yōu)于沸石分子篩的催化活性。因此，有序介孔材料的使用為重油、渣油等催化裂化開辟了新天地。催化劑載體氧化/還原 ； 氫化 ；酸性催化 ；堿催化 ；鹵化 ；生物催化 ；聚合 ；光催化固體雜多酸是一種新型的催化 材料，具有超強酸的性質，它不但對環(huán)境友好，而且有低溫高活性的優(yōu)點，在實際應用中人們一般將其負載于適宜的載體上，有序介孔材料的孔徑較大,有利于雜多酸陰離子進人而達到充分分散效果。1、有序介孔材料的合成及應用研究進展 付新 化學與生物工程2012,Vol.29 No.82、短孔道有序介孔材料的可控合成及吸附、催化性能研究 袁金芳 南京理工大學3、功能化有序介孔催化劑的合成及應用 汪薇 上海師范大學 4、 Corma A, et al. J Chemical Society-C