1、 介孔材料簡介07級無機劉振濮目錄孔材料與介孔材料介孔材料出現與分類介孔材料的特點介孔材料的合成方法介孔材料的表征手段介孔材料的應用介孔材料的展望孔材料與介孔材料孔材料微孔（micropore):孔徑小于2nm介孔（mesopore):孔徑250nm大孔（macropore）：孔徑大于50nm超微孔：小于0.7nm的微孔宏孔：大于1m的大孔介孔材料出現與分類介孔材料出現的標志： 1992年Mobil的科學家Kresge等人首次運用納米結構自組裝技術制備出具有均勻孔道、孔徑可調的介孔SiO2，命名為MCM41。介孔材料出現與分類立方相 MCM48層狀結構 MCM50介孔材料出現與分類按照介孔是否

2、有序： 無定形(無序)介孔材料 孔徑范圍較大，孔道形狀不規(guī)則，如普通的SiO2氣凝膠、微晶玻璃等。 有序介孔材料 以表面活性劑形成的超分子結構為模板，利用溶膠-凝膠工藝，通過有機物和無機物之間的界面定向導引作用組裝成一類孔徑約在250nm，孔徑分布窄且有規(guī)則孔道結構的無機多孔材料。有序介孔材料是20世紀90年代初迅速興起的一類新型納米結構材料，它利用有機分子表面活性劑作為模板劑，與無機源進行界面反應，以某種協同或自組裝方式形成由無機離子聚集體包裹的規(guī)則有序的膠束組裝體，通過煅燒或萃取方式除去有機物質后，保留下無機骨架，從而形成多孔的納米結構材料，在催化、吸附、分離及光、電、磁等許多領域有著潛在

3、的應用價值。介孔材料的特點具有規(guī)則的孔道結構孔徑分布窄，且在250 nm之間可以調節(jié)經過優(yōu)化合成條件或后處理，可具有很好的熱穩(wěn)定性和一定的水熱穩(wěn)定性顆粒具有規(guī)則外形，且可在微米尺度內保持高度的孔道有序性溶膠-凝膠法以不同類型的模板劑(如表面活性劑)所形成的超分子自聚體為模板，通過溶膠-凝膠過程，在無機物與有機物之間的界面定向引導作用下自組裝成介孔材料。根據模板不同可分為：表面活性劑模板、嵌段共聚物模板和有機小分子模板等。近年來，用配位體輔助模板機理成功地合成了許多具有穩(wěn)定結構的非硅組成的有序介孔材料。水熱合成法高溫高壓下在水(水溶液)或溶劑、蒸汽等流體中進行合成反應，常與其他合成技術相結合。該

4、方法是模擬天然沸石礦物的合成條件來進行的介孔分子篩合成方法，其合成的一般過程是將一定量的表面活性劑、酸或堿加入到水中組成混合溶液，再向其中加入無機源形成水凝膠，然后在高壓釜中升高至一定溫度，通過自生壓力晶化處理，再經過過濾、洗滌、干燥、煅燒或萃取以除去模板劑，最后得到有序的介孔材料。微波輻射合成法晶化階段用微波輻射合成了介孔材料MCM-41全微波輻射法，即晶化和脫模均在微波作用下合成出MCM-41微波輻射加熱不同于傳統(tǒng)的加熱方式，它是在電磁場作用下，通過偶極子極化使體系中的極性分子急劇扭轉、摩擦產生熱量來實現，具有內外加熱、升溫速度快、高效節(jié)能、環(huán)保衛(wèi)生等優(yōu)點。利用全微波輻射法合成MCM-41

5、介孔分子篩，整個過程用時不到5 h。和水熱法相比，合成時間大大縮短，同時利用微波技術，高效節(jié)能，操作便利，環(huán)境污染少。介孔材料的表征手段紅外光譜：確定物質的各種基團，確定是否有骨架結構示差掃描量熱法(DSC)和熱重(TG)曲線來研究在加熱過程中所發(fā)生化學反應，晶型轉變及煅燒溫度等SEM、TEM是來研究物質的形貌和粒徑大小吸附法來研究介孔材料的比表面和孔徑分布介孔材料的應用擇形吸附與分離選擇性催化半導體傳感和生物傳感電容、電極、儲氫材料信息儲運介孔材料的應用選擇性催化介孔壁對反應物分子有強的相互作用，不同基質和介孔孔徑以及介孔陣列對不同的反應物特別是分子結構差異較大的物質有不同的相互作用和選擇性

6、催化作用。利用不同化學組成的物質制備介孔材料將在選擇性定位催化，特別是高效轉化方面具有廣泛用途。常溫光照條件下，采用介孔Ta2O5吸附水氣可分解得到H2和O2，摻Cu， Ni后，水氣吸附量提高，水分解速率翻倍。TiO2，V2O5納米粒子/介孔硅粉體催化氧化丙烷，并對線性聚乙烯納米晶纖維進行催化聚合Pt納米束/介孔碳組裝體在燃料電池中催化解離氧氣介孔ZrO2 ，CeO2與Pt納米粒子組裝催化分解甲醇、對苯進行催化加氫介孔材料的應用半導體傳感和生物傳感介孔材料組裝半導體和生物大分子實現對氣體的半導體傳感、生物傳感、疾病預測等應用。常溫下MCM- 48立方介孔硅膜與半導體復合形成Si/n -SiO2

7、/Si3N4/Au復合電極薄膜，可用于NOx含量(w =110-6級)的檢測以及空氣中酒精濃度的高靈敏鋁基介孔硅膜的氣敏傳感等。利用介孔材料組裝或緩釋生物大分子進行生物傳感、介孔硅內組裝分子并進行光釋控制、介孔硅體內進行蛋白質的可控組裝等，都為介孔材料(包括介孔碳納米管)生物傳感乃至疾病治療、預測等打下良好的基礎。在納米仿生傳感方面，經無機硅藻類物質制得的介孔鋁磷酸鹽薄膜在雷達磁傳感定位方面也存在潛在應用。介孔材料的應用電容、電極、儲能材料介孔材料比表面積大，孔結構規(guī)則，利于其孔內粒子的快速擴散，可制得超電容電極材料。介孔碳雙電層電容器電極材料的電荷儲量高。孔徑3. 9 nm的介孔碳電容器電容

8、量達100 F/g，充放電100次后衰減小于20%，與金屬氧化物RuO2粒子組裝后電容可達254 F/g，是性能極佳的新一代電容器材料。以介孔CeO2作為燃料電池的電極，目的是在電解液-電極-氣體三相界面上提供大比表面積，以利于氣體的擴散。它作為燃料電池電極最大的優(yōu)點是帶有介孔壁的電極不僅能極大地提高輸送能力，而且還可以提高催化。介孔材料的應用電容、電極、儲能材料有序介孔材料具有寬敞的孔道，可以在其孔道中原位制造出含碳或鈀等儲能材料，增加這些儲能材料的易處理性和表面積，使能量緩慢的釋放出來，達到傳遞儲能的效果。介孔NiO/Y2O3-ZrO2復合氧化物可用于燃料電池。這種材料的孔壁為微孔結構的Y

9、2O3增穩(wěn)的ZrO2納米晶， 800有較高的熱穩(wěn)定性。加上孔徑分布窄，燃料電池內燃料/氧傳質、氧離子轉移、電導、電荷遷移性能提高顯著，電池的操作溫度亦有望降低。介孔材料的應用信息儲運介孔ZrO2溶膠經磷酸處理后煅燒，樣品顯示出較好的熒光特性，其在光活性熒光發(fā)光方面有望獲得應用。介孔氧化鎢、介孔氧化釩電致變色性能優(yōu)良(比相應的納米粒子高出1倍)。其孔徑控制可提高電致變色動力學常數；嵌入鋰離子及有機電解液后，重復使用性能亦有較大的提高(容量衰減小于10% )。磁性材料鐵氧四面體中介孔結構材料的引入及其與納米粒子的組裝或鐵氧四面體納米粒子與其它類介孔材料組裝都有望在磁存儲領域產生新的性能并得到應用。介孔材料的展望發(fā)展新的研究內容，包括合成、表征及介孔納米結構材料性質的轉變，結合無機或有機功能材料復合、組裝與雜化的理論進行研究對介孔納米結構材料合成機理的認識仍是研究的熱點，同時隨著計算機模擬多孔材料形成過程的進一步發(fā)展及現代表征技術手段的提高，將有助于