孔狀和籠狀的三維介孔材料的直接成像

1、xxxx大學(xué)畢業(yè)論文外文翻譯化工與材料工程學(xué)院畢業(yè)論文 直接成像的毛孔和三維介孔材料direct imaging of the pores and cages of three-dimensional mesoporous materials學(xué)生學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師工程師 聯(lián)合指導(dǎo)教師 講 師 完成日期2012.3.16xxxx大學(xué)jilin institute of chemical technology孔狀和籠狀的三維介孔材料的直接成像 關(guān)鍵詞：介孔材料 、三維結(jié)構(gòu) 介孔復(fù)合材料相結(jié)合,從20到500年大小,得到芯控制裝配的有機(jī)化合物和無機(jī)物種納米領(lǐng)域。短程序列是有限的,并且

2、遠(yuǎn)程無序是由弱的部分控制，如范德瓦爾斯力和氫鍵。三維介孔材料通過消除有機(jī)相而得到特別的應(yīng)用，如催化和化學(xué)傳感或分離，而結(jié)構(gòu)功能，如腔形狀，連通性和有序雙峰孔隙度是至關(guān)重要的。但原子尺度的結(jié)構(gòu)表征的一般衍射技術(shù)是具有挑戰(zhàn)性的，這些部分材料因?yàn)椴煌碾y以獲得大（10毫米）晶體，因?yàn)榇蟮闹貜?fù)間距造成的衍射強(qiáng)度下降迅速，因此只有散射角有限角數(shù)據(jù)是可用的。在這里，我們提出一個(gè)一般方法直接測定三維介孔結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡。結(jié)構(gòu)解唯一沒有預(yù)先假定模型或參數(shù)化。我們報(bào)告的高分辨率細(xì)節(jié)籠孔結(jié)構(gòu)的有序介孔材料，它揭示了高度有序雙微型和中尺度孔隙結(jié)構(gòu)。 高分辨率電子顯微鏡（高分辨電鏡）三維（三維）介孔材料圖像， 不是直

3、接獲得的結(jié)構(gòu)信息，而是沿入射方向投射圖像結(jié)構(gòu)信息。迄今為止，該結(jié)構(gòu)的孔和籠內(nèi)無機(jī)結(jié)構(gòu)域已推斷間接吸附等溫線測量或使用假設(shè)的結(jié)構(gòu)模式產(chǎn)生衍射圖案或圖像比較實(shí)驗(yàn)。該方法的不精確的結(jié)果,尤其是x射線和中子,隨著動(dòng)力學(xué)合成的性質(zhì),使人們獲得各種不同材料,結(jié)構(gòu)多變的材料，從表面上相同的合成過程可以無法得到解決。 介孔二氧化硅材料結(jié)構(gòu)特性：障礙的原子尺度（短距離）但不同的秩序的介觀尺度（長程）。自組織的表面活性劑是一個(gè)重要的機(jī)制，生產(chǎn)周期結(jié)構(gòu)中尺度，而這個(gè)組織是高度敏感的變化局部和平均結(jié)構(gòu)的原子尺度取決于合成條件如組成，溫度和ph。從一個(gè)很小的水晶,我們還是可以的從電子顯微鏡下,獲得單晶結(jié)構(gòu)信息,變化通常

4、為兩個(gè)少量稀土針對(duì)和大峰寬度在x射線衍射實(shí)驗(yàn)。我們開發(fā)了一種方法，利用電子晶體學(xué)解決三維結(jié)構(gòu)的介孔材料與無序結(jié)構(gòu)。三維結(jié)構(gòu)的解決方案表明，在納米水平，大小和形狀的孔和籠子，他們的安排他們的連接，包括開口的大小。 我們的方法是利用高分辨率電子顯微鏡（高分辨），和開發(fā)尤其是對(duì)周期性結(jié)構(gòu)安排與中尺度訂購，但不一定光訂購。作為衍射強(qiáng)度，僅能給出的模量結(jié)構(gòu)因素，而高分辨電子顯微圖像的振幅既提供必要的傅立葉系數(shù)階段、數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)，從二維(2 d)取得預(yù)期的圖像的三維結(jié)構(gòu)的樣品。傅立葉變換二維圖象分析的基礎(chǔ)上給出了一個(gè)三維代表集體結(jié)構(gòu)之間的空間。這一集的結(jié)構(gòu)因素與已知的幅值和相位是在三維交互空間的三維空間

5、結(jié)構(gòu)，可以得到一個(gè)簡單的通過逆傅里葉變換。方法論已成功地應(yīng)用于各種介孔硅材料。詳細(xì)給出了三個(gè)例子的；上述sba-1，sba-6和sba-16。結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)sba-2,sba-8,sba-11和幾個(gè)以前報(bào)道的階段簡述了別處。 sba-1和sba-16合成以下程序在先前所描述的，在酸性條件下，一個(gè)值在水溶液等電點(diǎn)。合成sba-6尚未以前的報(bào)告，這是（我們的知識(shí)）的實(shí)例1一立方籠結(jié)構(gòu)基本合成條件下合成。 該作為酸性合成的sba-1包含一個(gè)陰離子，每一個(gè)電荷的表面活性劑與正式中立的框架，而在中性合成的sba-6墻壁的二氧化硅框架是電荷中和兩性雙子表面活性劑電荷；因此，結(jié)構(gòu)反應(yīng)產(chǎn)物的組合物sba-1和sba

6、-6明顯不同。硅組織墻的結(jié)構(gòu)不同，酸催化（sba-1）和堿（sba-6）硅水解，和二氧化硅階段有墻，是2至4倍厚，因此減少框架中二氧化硅凝結(jié)。 圖和顯示掃描電子顯微鏡（掃描電鏡）圖像，是典型的sba-1和sba-6。兩材料晶體在中尺度水平，但有玻璃般的障礙的墻壁。在高分辨圖像顯示sba-6與 100， 110， 111和 210發(fā)生在圖。為了提高圖像與低角度的散射向量的高分辨圖像載體，在這里顯示了以謝樂為重點(diǎn)。相應(yīng)的傅立葉衍射圖（模量的傅立葉變換）顯示為同時(shí)，他們清楚地表明滅絕的條件是不同的。傅立葉衍射圖從薄地區(qū)接近邊緣，靠近水晶，避免聯(lián)系在一起進(jìn)行多次散射電子衍射模式。 晶體結(jié)構(gòu)的因素是從一

7、組傅立葉變換的高分辨圖像糾正的效果，目標(biāo)透鏡傳遞函數(shù)(ctf)對(duì)比。以原點(diǎn)為中心，所有晶體結(jié)構(gòu)因素成為現(xiàn)實(shí)，那么，該階段的結(jié)構(gòu)因素為0或p（見補(bǔ)充綜合信息）。在嚴(yán)格關(guān)注條件，是幾乎線性方面嚴(yán)重的散射矢量，重要的是針對(duì)傅里葉的數(shù)目。因此,空間分辨率是可用的,可從衍射數(shù)據(jù),結(jié)果幾乎是獨(dú)立的核心條件。 三維靜電電位分布為sba-6表達(dá)式從傅里葉總和晶體結(jié)構(gòu)因素(這些結(jié)構(gòu)因素可作為輔助信息)。利用孔隙體積0.86立方厘米每克獲得氮?dú)馕綌?shù)據(jù)和密度數(shù)據(jù)2.2克每立方厘米確定氦，閾值的潛在密度確定了區(qū)分非晶壁和封閉腔，使三維結(jié)構(gòu)如圖3所示。 運(yùn)用電子顯微鏡分析可以得出sba-1和sba-6結(jié)構(gòu)上一個(gè)相當(dāng)不

8、尋常的一方面,即雙(微孔-介孔）孔性。在sba-6結(jié)構(gòu)中，12a型寵通過開放的尺寸為20介孔相互連接，12個(gè)a型籠包圍著一個(gè)b型籠，然而通常的開放性的a型介孔的尺寸在33到41之間。運(yùn)用和上述同樣的程序,三維靜電電位分布和sba-1結(jié)構(gòu)就可以被確定下來。在此種情況下,即 vp =0.60 cm3 g-1, dw = 2.0 g cm-3情況下,基于吸附數(shù)據(jù)可以得到一個(gè)較大的平均壁厚。由電子顯微鏡可以確定的sba-1的介孔尺寸為15到22之間，而可以確定的微孔尺寸是24。通過對(duì)sba-1解吸和吸附的等溫?cái)?shù)據(jù)的分析，可以對(duì)大小從24到8孔隙的得出結(jié)論。盡管由電子顯微鏡技術(shù)確定的不同孔徑的數(shù)據(jù)仍需做

9、進(jìn)一步的研究工作，但是這些材料具有雙孔性的這一特性毫無疑問是可以被確定下來的。我們不能利用其它技術(shù)，但可以用三維電鏡分析的方法給出不對(duì)稱孔徑的祥細(xì)數(shù)據(jù)，我們也可以用適當(dāng)?shù)谋缺砻鎰﹣砩刹煌叽绲?sba-1 和 sba-6材料。 將上述技術(shù)運(yùn)用至sba-16中。圖4為發(fā)生率分別為100，110和111的電鏡圖像和取自較薄區(qū)域的相應(yīng)的傅立葉衍射圖像。從四個(gè)不同的空間組織即im3a,i432,i4a3m,im3am來觀察是可能的。觀察晶體材料的形態(tài)學(xué)是簡單立方結(jié)構(gòu)，表明m3 m點(diǎn)群結(jié)構(gòu)是一個(gè)合適的空間組織。以下程序如上所述，確定三維結(jié)構(gòu)并列于其中。直徑為95球形腔排列在中心立方體陣列中，并且所有的

10、腔沿著 111方向上由開放性的23a型介孔連接著。從上述中我們可以了解到 (cospx cospy) + (cospx cospz) + (cospy cospz) = 0的表面結(jié)構(gòu)，這種表面結(jié)構(gòu)與（中心系統(tǒng)，包裹）的最小曲面相關(guān)，可以很好的描述出sba-16的結(jié)構(gòu)。 在此提到的方法論可以提供一種很好的解決三維周期內(nèi)消旋結(jié)構(gòu)材料的方法同時(shí)不需要假設(shè)任何的結(jié)構(gòu)模型。掃描電鏡的成像由遠(yuǎn)程中尺寸指令控制，而結(jié)構(gòu)的分辨率主要受到掃描電鏡的圖像質(zhì)量的限制。因此，雖然下一步的進(jìn)展可提供更好的分辨率，但是對(duì)于sba-1，sba-6，sba-16結(jié)構(gòu)所得出的結(jié)論我們是無法進(jìn)行改變的，因?yàn)槲覀儷@得結(jié)論的正確性并

11、不依賴于分辨率。這是我們的研究方案不同與其它方法的一個(gè)顯著的特點(diǎn)。我們還建議，在此呈現(xiàn)的結(jié)果提供一個(gè)有序的內(nèi)消旋結(jié)構(gòu)復(fù)合物的定量拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述，并且此種描述對(duì)于了解復(fù)合材料的特性和可能的應(yīng)用性起到本質(zhì)性的作用。在sba-1 和sba-6結(jié)構(gòu)中，定期指令的分辨率，雙峰孔隙（微觀內(nèi)消旋）的三維排布，使具體表征范圍的復(fù)雜多孔相階段成為現(xiàn)實(shí)也成為了一種可能。參考文獻(xiàn)1 zhao, d. et al. triblock copolymer syntheses of mesoporous silica with periodic 50 to 300. science 279, 548-552 (1998).

12、2 zhao, d., huo, q., feng, j., chmelka, b. f. stucky, g. d. nonionic triblock and star diblockcopolymer and oligomeric surfactant syntheses of highly ordered, hydrothermally stable, mesoporoussilica structures. j. am. chem. soc. 120, 6024-6036 (1998).3 alfredsson, v. anderson, m. w. structure of mcm

13、-48 revealed by transmission electronmicroscopy. chem. mater. 8, 1141-1146 (1996).4 monnier, a. et al. cooperative formation of inorganic-organic interfaces in the synthesis of silicatemesostructures. science 261, 1299-1303 (1993).5 schacht, s., janicke, m. schueth, f. modeling x-ray patterns and te

14、m images of mcm-41microporous mesoporous mater. 22, 485-493 (1998).6 huo, q. et al. generalized syntheses of periodic surfactant/inorganic composite materials. nature 368, 317-321 (1994).7 huo, q. et al. organization of organic molecules with inorganic molecular species into nanocom-posite biphase a

15、rrays. chem. mater. 6, 1176-1191 (1994).8 auvray, x. et al. x-ray diffraction and freeze-fracture electron microscopy study of the cubic phase in the cetylpyridinium chloride formamide and cetyltrimethylammonium chloride formamide systems.langmuir 9, 444-448 (1993).9 charvolin, j. sadoc, j. f. perio

16、dic systems of frustrated uid lms and micellar cubic structures inliquid crystals. j. phys. france 49, 521-526 (1988).10 ryoo, r., kim, j. m. & ko, c. h. instudies in surface science and catalysisvol. 117 (eds bonneviot, l.,be land, f., danumah, c., giasson, s. & kaliaguine, s.) 151-158 (elsevier, amsterdam, 1998).11 nakanishi, k.