第六章介孔材料及其制備方法

1、第六章第六章Mr Gu第第6章章 介孔材料介孔材料 （一）教學(xué)基本要求 了解介孔材料的合成機(jī)理，掌握介孔材料的制備方法。 （二）教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn) 重點(diǎn)：模板劑概念、模板劑的作用、模板劑的分類及發(fā)展、模板劑的脫除、介孔材料的制備方法 難點(diǎn)：模板劑的脫除、介孔材料的制備方法。關(guān)于“孔”微孔微孔：小于：小于2 nm2 nm為微孔為微孔(micropore)(micropore)。 無機(jī)微孔材料孔徑一般小于無機(jī)微孔材料孔徑一般小于2nm2nm，包括硅鈣，包括硅鈣石、活性炭、泡沸石等，其中石、活性炭、泡沸石等，其中最典型的代最典型的代表是人工合成的沸石分子篩表是人工合成的沸石分子篩，它是一類以，它是一類以S

2、iSi、AlAl等為基的結(jié)晶硅鋁酸鹽等為基的結(jié)晶硅鋁酸鹽，具有規(guī)則，具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)。但迄今為止，合成沸石分子的孔道結(jié)構(gòu)。但迄今為止，合成沸石分子篩的孔徑尺寸均小于篩的孔徑尺寸均小于1.5nm1.5nm，這限制了其對(duì)，這限制了其對(duì)吸附、催化與分離等的作用。吸附、催化與分離等的作用。 有時(shí)也將小于有時(shí)也將小于0.7nm0.7nm的微孔稱為的微孔稱為超微孔超微孔；大孔大孔：大于：大于50nm50nm大孔大孔(macropore)(macropore) 大孔材料孔徑一般大于大孔材料孔徑一般大于50nm50nm，包括，包括多孔陶瓷、多孔陶瓷、水泥、氣凝膠水泥、氣凝膠等，特點(diǎn)是孔徑尺寸大，但分等，特點(diǎn)

3、是孔徑尺寸大，但分布范圍寬。布范圍寬。介孔介孔：2 250nm50nm為介孔為介孔(meso-pore)(meso-pore) 介于二者之間的稱為介孔（中孔）材料，其孔徑在介于二者之間的稱為介孔（中孔）材料，其孔徑在2 250nm50nm范圍范圍，如一些氣凝膠、微晶玻璃等，它們，如一些氣凝膠、微晶玻璃等，它們具有比微孔材料大得多的孔徑，但這類材料同樣存具有比微孔材料大得多的孔徑，但這類材料同樣存在孔道形狀不規(guī)則、尺寸分布范圍廣的缺點(diǎn)。在孔道形狀不規(guī)則、尺寸分布范圍廣的缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征：次晶材料雖含有許多小的有序區(qū)域，但孔徑分布次晶材料雖含有許多小的有序區(qū)域，但孔徑分布也較寬。也較寬。結(jié)晶

4、材料的孔道是由它們的晶體結(jié)構(gòu)決定的，因結(jié)晶材料的孔道是由它們的晶體結(jié)構(gòu)決定的，因此孔徑大小均一且分布很窄，孔道形狀和孔徑此孔徑大小均一且分布很窄，孔道形狀和孔徑尺寸能通過選擇不同的結(jié)構(gòu)來較好地得到控制。尺寸能通過選擇不同的結(jié)構(gòu)來較好地得到控制。 由于晶體多孔材料有許多優(yōu)勢，許多應(yīng)用領(lǐng)由于晶體多孔材料有許多優(yōu)勢，許多應(yīng)用領(lǐng)域的多孔域的多孔無定形材料已逐漸開始被多孔晶體材無定形材料已逐漸開始被多孔晶體材料所取代料所取代。無定形無定形晶體晶體次晶次晶 2.1 2.1 介孔材料的分類及特性介孔材料的分類及特性按照結(jié)構(gòu)的有序性按照結(jié)構(gòu)的有序性，可分為，可分為: :有序介孔材料有序介孔材料：孔型可分為三類

5、：定向排列的柱形：孔型可分為三類：定向排列的柱形（通道）孔、平行排列的層狀孔和三維規(guī)則排列的多（通道）孔、平行排列的層狀孔和三維規(guī)則排列的多面體孔（三維相互連通）。面體孔（三維相互連通）。無序介孔材料無序介孔材料：孔型形狀復(fù)雜、不規(guī)則、互為連通，：孔型形狀復(fù)雜、不規(guī)則、互為連通，孔型常用墨水瓶形狀來近似描述，細(xì)頸處相當(dāng)于孔間孔型常用墨水瓶形狀來近似描述，細(xì)頸處相當(dāng)于孔間通道。通道。 具有的具有的孔道大小均勻、排列有序、孔徑可在孔道大小均勻、排列有序、孔徑可在2 250nm50nm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)等特性范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)等特性，使其在分離提純、生物材，使其在分離提純、生物材料、催化、新型組裝材料等方面

6、有著巨大的應(yīng)用潛力。料、催化、新型組裝材料等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。按按化學(xué)組成化學(xué)組成分類，可分為分類，可分為硅系和非硅系硅系和非硅系兩大類。兩大類。硅基材料硅基材料分兩類：分兩類：純硅和摻雜其他元素純硅和摻雜其他元素。進(jìn)而可根據(jù)。進(jìn)而可根據(jù)摻雜元素種類及不同的元素個(gè)數(shù)不同進(jìn)行細(xì)化分類。摻雜元素種類及不同的元素個(gè)數(shù)不同進(jìn)行細(xì)化分類。 硅基介孔材料孔徑分布狹窄，孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則，并且技術(shù)成熟，硅基介孔材料孔徑分布狹窄，孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則，并且技術(shù)成熟，研究頗多。硅系材料可用催化、分離提純、藥物包埋緩釋、氣研究頗多。硅系材料可用催化、分離提純、藥物包埋緩釋、氣體傳感等領(lǐng)域。體傳感等領(lǐng)域。非硅系介孔材料非硅

7、系介孔材料主要包括過渡金屬氧化物、磷酸鹽和主要包括過渡金屬氧化物、磷酸鹽和硫化物等。由于它們硫化物等。由于它們一般存在著可變價(jià)態(tài)一般存在著可變價(jià)態(tài)，有可能為，有可能為介孔材料開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，展示硅基介孔材料所不介孔材料開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，展示硅基介孔材料所不能及的應(yīng)用前景。能及的應(yīng)用前景。 有序介孔材料中研究較為成熟的材料是有序介孔材料中研究較為成熟的材料是M41SM41S系列硅基介系列硅基介孔分子篩?？追肿雍Y。19921992年，年，Mo-bilMo-bil公司的科學(xué)家對(duì)公司的科學(xué)家對(duì)M4lsM4ls系列系列硅基介孔分子篩的合成揭開了分子篩科學(xué)的新紀(jì)元。硅基介孔分子篩的合成揭開了分子篩科學(xué)的

8、新紀(jì)元。 但是有但是有兩個(gè)缺點(diǎn)兩個(gè)缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用開發(fā)：限制了其應(yīng)用開發(fā)： 純的氧化硅沒有化學(xué)活性，要發(fā)展出實(shí)用催化劑需純的氧化硅沒有化學(xué)活性，要發(fā)展出實(shí)用催化劑需要改變材料的化學(xué)組成；要改變材料的化學(xué)組成； 合成必須用有機(jī)表面活性劑液晶作為模板，合成溫合成必須用有機(jī)表面活性劑液晶作為模板，合成溫度不能過高，否則會(huì)使液晶模板分解，因此，目前所度不能過高，否則會(huì)使液晶模板分解，因此，目前所有合成的介孔氧化硅的骨架（或稱孔壁）都是非晶態(tài)有合成的介孔氧化硅的骨架（或稱孔壁）都是非晶態(tài)的。的。 提高介孔氧化硅化學(xué)活性提高介孔氧化硅化學(xué)活性的方法有多種。的方法有多種。 首先，用其他價(jià)態(tài)的陽離子部分取代首

9、先，用其他價(jià)態(tài)的陽離子部分取代+4+4價(jià)的硅可以價(jià)的硅可以產(chǎn)生酸中心。這種化學(xué)取代常常使原本不穩(wěn)定的孔產(chǎn)生酸中心。這種化學(xué)取代常常使原本不穩(wěn)定的孔壁結(jié)構(gòu)更加不穩(wěn)定。壁結(jié)構(gòu)更加不穩(wěn)定。 另一種方法是在孔道的內(nèi)壁上負(fù)載具有催化活性的另一種方法是在孔道的內(nèi)壁上負(fù)載具有催化活性的金屬原子團(tuán)。金屬原子團(tuán)。 總的來說，介孔材料具有以下總的來說，介孔材料具有以下特點(diǎn)特點(diǎn)： 長程結(jié)構(gòu)有序；長程結(jié)構(gòu)有序；孔徑分布窄并可在孔徑分布窄并可在1.51.510nm10nm之之間系統(tǒng)調(diào)變；間系統(tǒng)調(diào)變；比表面積大，可高達(dá)比表面積大，可高達(dá)l000ml000m2 2/g;/g;孔孔隙率高；隙率高；表面富含不飽和基團(tuán)等。表面富

10、含不飽和基團(tuán)等。3.1 介孔材料的制備 層狀折疊機(jī)理層狀折疊機(jī)理 1 1、當(dāng)硅源物質(zhì)加入反應(yīng)體系中時(shí)，它進(jìn)入膠束周、當(dāng)硅源物質(zhì)加入反應(yīng)體系中時(shí)，它進(jìn)入膠束周圍的富水區(qū)，促成膠束的六方排列。圍的富水區(qū)，促成膠束的六方排列。 2 2、硅酸根離子排布成層狀，層與層間由棒狀表面、硅酸根離子排布成層狀，層與層間由棒狀表面活性劑膠束隔離。隨后硅酸根離子層在棒狀膠束活性劑膠束隔離。隨后硅酸根離子層在棒狀膠束周圍發(fā)生折疊和坍塌，最終形成六方介孔結(jié)構(gòu)。周圍發(fā)生折疊和坍塌，最終形成六方介孔結(jié)構(gòu)。 該機(jī)理是最早涉及層狀向六方相轉(zhuǎn)變的模型，該機(jī)理是最早涉及層狀向六方相轉(zhuǎn)變的模型，對(duì)后續(xù)研究有重要的啟示作用。對(duì)后續(xù)研究

11、有重要的啟示作用。 3.5 3.5 介孔材料的制備介孔材料的制備 介孔材料的制備是利用介孔材料的制備是利用高溫?zé)崽幚砘蚱渌锢矸椒摮袡C(jī)模高溫?zé)崽幚砘蚱渌锢矸椒摮袡C(jī)模板劑板劑( (表面活性劑表面活性劑) )，所留下的空間即構(gòu)成介孔孔道，所留下的空間即構(gòu)成介孔孔道。合成過程。合成過程主要有以下途徑：一是主要有以下途徑：一是水熱合成水熱合成法，二是法，二是溶膠溶膠- -凝膠凝膠法。法。 制備介孔材料主要涉及制備介孔材料主要涉及4 4種物質(zhì)種物質(zhì)： 無機(jī)物種、模板劑、溶劑、溶液離子無機(jī)物種、模板劑、溶劑、溶液離子。 無機(jī)物種可以是無機(jī)物種可以是無機(jī)無機(jī)（白炭黑、硅酸鈉等）也可以是（白炭黑、硅

12、酸鈉等）也可以是有機(jī)有機(jī)（正（正硅酸甲酯、正硅酸乙酯等）的；硅酸甲酯、正硅酸乙酯等）的； 模板劑可以是模板劑可以是小分子小分子（季胺鹽等）也可以是（季胺鹽等）也可以是高分子高分子（嵌段聚合（嵌段聚合物）的，甚至是物）的，甚至是生物大分子生物大分子病毒等；病毒等； 溶劑可以是極性較大的水也可以是極性較小的醇及其他溶劑溶劑可以是極性較大的水也可以是極性較小的醇及其他溶劑；溶液離子則是各種水溶性的陰陽離子。溶液離子則是各種水溶性的陰陽離子。 3.5.1 3.5.1 模板劑模板劑 模板劑最早是在模板劑最早是在19611961年提出的年提出的，R RM.M.和和P.JP.J在系列高硅在系列高硅鋁比和全硅

13、沸石合成中加入有機(jī)銨堿，發(fā)現(xiàn)有機(jī)堿的加入鋁比和全硅沸石合成中加入有機(jī)銨堿，發(fā)現(xiàn)有機(jī)堿的加入改變膠體的化學(xué)性質(zhì)，為沸石結(jié)構(gòu)的形成提供了一定的模改變膠體的化學(xué)性質(zhì)，為沸石結(jié)構(gòu)的形成提供了一定的模板作用。板作用。 模板技術(shù)是合成具有某種結(jié)構(gòu)特征材料的有效手段模板技術(shù)是合成具有某種結(jié)構(gòu)特征材料的有效手段-MobilMobil公司公司 使用使用不同的模板劑可以合成相同類型的介孔材料不同的模板劑可以合成相同類型的介孔材料，而使用，而使用相同的模板劑又可以合成出不同的介孔相同的模板劑又可以合成出不同的介孔材料。材料。 通常認(rèn)為，通常認(rèn)為，介孔材料孔徑的大小由模板劑分子鏈的長介孔材料孔徑的大小由模板劑分子鏈的

14、長度決定度決定，一般孔徑會(huì)隨模板劑濃度的增加而增大，但達(dá)到，一般孔徑會(huì)隨模板劑濃度的增加而增大，但達(dá)到一定濃度后孔徑不再增大。一定濃度后孔徑不再增大。 一般情況下模板劑也就指的是有機(jī)胺類和季銨離子。一般情況下模板劑也就指的是有機(jī)胺類和季銨離子。 3.5.2 3.5.2 模板劑的作用模板劑的作用(l)(l)模板作用機(jī)理模板作用機(jī)理 模板作用是指模板劑在微孔化合物生成過模板作用是指模板劑在微孔化合物生成過程中起著程中起著結(jié)構(gòu)模板作用，導(dǎo)致特殊結(jié)構(gòu)的生結(jié)構(gòu)模板作用，導(dǎo)致特殊結(jié)構(gòu)的生成。成。一些微孔化合物目前只發(fā)現(xiàn)極為有限的模板劑，甚一些微孔化合物目前只發(fā)現(xiàn)極為有限的模板劑，甚至只在唯一與之相匹配的模

15、板劑作用下才能成功合成。至只在唯一與之相匹配的模板劑作用下才能成功合成。(2)(2)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用 結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用有嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用和一般結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用有嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用和一般結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用。嚴(yán)格結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用是指一種特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用。嚴(yán)格結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用是指一種特殊結(jié)構(gòu)只能用一種有機(jī)物導(dǎo)向合成。只能用一種有機(jī)物導(dǎo)向合成。 3.5.2 3.5.2 模板劑的作用模板劑的作用 (3)(3)空間填充作用空間填充作用 ：模板劑在骨架中有空間：模板劑在骨架中有空間填充的作用，能穩(wěn)定生成的結(jié)構(gòu)。填充的作用，能穩(wěn)定生成的結(jié)構(gòu)。 例：在例：在ZSMZSM型分子篩的形成中，骨架的晶體表面是憎水型分子篩的形

16、成中，骨架的晶體表面是憎水的，反應(yīng)體系中有機(jī)分子可以部分進(jìn)入分子篩的孔道或籠的，反應(yīng)體系中有機(jī)分子可以部分進(jìn)入分子篩的孔道或籠中，穩(wěn)定分子篩，疏水內(nèi)表面，提高有機(jī)無機(jī)骨架的熱力中，穩(wěn)定分子篩，疏水內(nèi)表面，提高有機(jī)無機(jī)骨架的熱力學(xué)穩(wěn)定性?？臻g填充作用最典型的例子是含十二元環(huán)直孔學(xué)穩(wěn)定性?？臻g填充作用最典型的例子是含十二元環(huán)直孔道道AIP04-5AIP04-5的合成，它可以在的合成，它可以在8585種不同結(jié)構(gòu)、不同形狀、不種不同結(jié)構(gòu)、不同形狀、不同大小的客體分子存在下合成。同大小的客體分子存在下合成。 (4)(4)平衡骨架電荷：模板劑平衡骨架電荷：模板劑影響產(chǎn)物的骨架電荷密度影響產(chǎn)物的骨架電荷密度

17、。分子篩微孔化合物均含有陰離子骨架，需要模板劑分子篩微孔化合物均含有陰離子骨架，需要模板劑中陽離子平衡骨架電荷。中陽離子平衡骨架電荷。 3.5.3 3.5.3 模板劑的分類及發(fā)展模板劑的分類及發(fā)展 常用的模板劑為表面活性劑，包括陽離子型、陰離子常用的模板劑為表面活性劑，包括陽離子型、陰離子型、非離子型和嵌段聚合物。型、非離子型和嵌段聚合物。親水基親水基帶正電的為帶正電的為陽離子陽離子型型，如季銨鹽等；帶負(fù)電的為，如季銨鹽等；帶負(fù)電的為陰離子陰離子型，如長鏈硫酸鹽等；不型，如長鏈硫酸鹽等；不帶電的為帶電的為非離子型非離子型，如長鏈伯胺等。，如長鏈伯胺等。 模板劑可以看成是具有兩個(gè)官能基的模板劑模

18、板劑可以看成是具有兩個(gè)官能基的模板劑，季銨鹽季銨鹽的的模板性模板性質(zhì)質(zhì)是由其是由其分子結(jié)構(gòu)來分子結(jié)構(gòu)來決定的，而決定的，而性質(zhì)是由親水部分性質(zhì)是由親水部分(PEO)(PEO)和疏和疏水部分水部分(PPO)(PPO)的大小和比例的大小和比例來決定的。由于嵌段聚合物等非離來決定的。由于嵌段聚合物等非離子表面活性劑具有低毒的特點(diǎn)，并且已經(jīng)商品化，已經(jīng)顯現(xiàn)出子表面活性劑具有低毒的特點(diǎn)，并且已經(jīng)商品化，已經(jīng)顯現(xiàn)出其優(yōu)勢。其優(yōu)勢。 目前，使用最多的是目前，使用最多的是CTABCTAB，但該試劑國內(nèi)沒有生產(chǎn)，價(jià)格昂貴，但該試劑國內(nèi)沒有生產(chǎn)，價(jià)格昂貴，因而人們做了大量的工作來尋找價(jià)廉的表面活性劑作模板劑。因而

19、人們做了大量的工作來尋找價(jià)廉的表面活性劑作模板劑。 3.5.3 3.5.3 模板劑的分類及發(fā)展模板劑的分類及發(fā)展 非表面活性劑為模板劑非表面活性劑為模板劑，合成介孔材料。如丘坤元等首次以有，合成介孔材料。如丘坤元等首次以有機(jī)小分子機(jī)小分子2 2，2- 2- 二羥甲基丙酸、甘油和季戊四醇高比表面積、二羥甲基丙酸、甘油和季戊四醇高比表面積、孔徑均一、窄孔徑分布的二氧化鈦?？讖骄?、窄孔徑分布的二氧化鈦。 混合物為模板劑混合物為模板劑制備介孔材料。如上述研究組以制備介孔材料。如上述研究組以p-p-環(huán)糊精和尿環(huán)糊精和尿素介孔二氧化硅。素介孔二氧化硅。 陽離子混合表面活性劑，如陽離子混合表面活性劑，如戴

20、樂蓉等首次使用戴樂蓉等首次使用CTAB-CnNHCTAB-CnNH2 2 (n=8(n=8，1010，1212，1414，1616，18)18)為模板劑，合成了立方相含鈦介孔為模板劑，合成了立方相含鈦介孔分子篩分子篩Ti-MCM-48Ti-MCM-48。聚合物為模板劑聚合物為模板劑可以制備出有序性優(yōu)異的介孔材料，可以制備出有序性優(yōu)異的介孔材料，如如KuwubaraKuwubara等以三嵌段共聚物等以三嵌段共聚物P123P123為模板劑，合成了二氧化硅為模板劑，合成了二氧化硅介孔材料，并在材料表面負(fù)載了催化劑介孔材料，并在材料表面負(fù)載了催化劑H H3 3PWPW1212O O4 4 。 3.5.

21、4 3.5.4 模板劑的脫除模板劑的脫除 在有序介孔材料的制備過程中，模板劑的脫除是較在有序介孔材料的制備過程中，模板劑的脫除是較為重要的一步。只有在脫除過程中較好地為重要的一步。只有在脫除過程中較好地保持住脫除前保持住脫除前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，才能夠得到有序性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，才能夠得到有序性較好的介孔材料。較好的介孔材料。 模板劑的脫除方法：煅燒法和溶劑萃取法模板劑的脫除方法：煅燒法和溶劑萃取法。煅燒。煅燒法是較早采用的一種方法，能夠徹底地脫除掉模法是較早采用的一種方法，能夠徹底地脫除掉模板劑，但是對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的板劑，但是對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞較大破壞較大；溶劑萃取法；溶劑萃取法是新發(fā)展的一種工藝，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的

22、破壞作用較是新發(fā)展的一種工藝，對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞作用較小，但是應(yīng)用范圍有限，操作周期較長。小，但是應(yīng)用范圍有限，操作周期較長。 3.5.4 3.5.4 模板劑的脫除模板劑的脫除 煅燒法煅燒法: :在一定的溫度下（一般在在一定的溫度下（一般在450450600600），將），將有機(jī)一無機(jī)有序復(fù)合結(jié)構(gòu)在空氣或其他氧化性氣氛有機(jī)一無機(jī)有序復(fù)合結(jié)構(gòu)在空氣或其他氧化性氣氛中處理一定的時(shí)間，使模板劑斷鏈、分解并最終氧中處理一定的時(shí)間，使模板劑斷鏈、分解并最終氧化為化為C0C02 2和和H H2 20 0等小分子物質(zhì)一起除去。等小分子物質(zhì)一起除去。 煅燒過程對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞作用較大，會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的收煅燒過程

23、對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞作用較大，會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的收縮甚至塌陷，有序性下降?？s甚至塌陷，有序性下降。 為得到有序性較好的介孔材料，對(duì)模板劑脫除工藝進(jìn)行改進(jìn)。為得到有序性較好的介孔材料，對(duì)模板劑脫除工藝進(jìn)行改進(jìn)。方法有兩種：一是煅燒前對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行增強(qiáng)，抵抗破壞作方法有兩種：一是煅燒前對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行增強(qiáng)，抵抗破壞作用；二是用溫和的處理?xiàng)l件，減少脫除對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞。用；二是用溫和的處理?xiàng)l件，減少脫除對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞。 如低溫焙燒如低溫焙燒高溫氧化脫除法和微波脫除法。高溫氧化脫除法和微波脫除法。 3.5.4 3.5.4 模板劑的脫除模板劑的脫除 萃取脫除法萃取脫除法：用合適的溶劑浸泡有機(jī)一無機(jī)復(fù)合：用合適

24、的溶劑浸泡有機(jī)一無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)，有機(jī)模板劑溶解，模板劑從復(fù)合結(jié)構(gòu)中萃結(jié)構(gòu)，有機(jī)模板劑溶解，模板劑從復(fù)合結(jié)構(gòu)中萃取出來，干燥除去留下的溶劑，得到有序介孔結(jié)取出來，干燥除去留下的溶劑，得到有序介孔結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 它是一種較為新穎的工藝。使用這樣的工藝，對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)破壞性它是一種較為新穎的工藝。使用這樣的工藝，對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)破壞性較小，并且模板劑經(jīng)過處理之后，可以重新使用。較小，并且模板劑經(jīng)過處理之后，可以重新使用。 但是，萃取過程利用的是物質(zhì)在溶劑體系申的溶解和擴(kuò)散作用，但是，萃取過程利用的是物質(zhì)在溶劑體系申的溶解和擴(kuò)散作用，反應(yīng)速率一般比較慢，需要的工藝周期比較長；為取得較好的干反應(yīng)速率一般比較慢，需要的工

25、藝周期比較長；為取得較好的干燥效果，往往還需要較為復(fù)雜的儀器和設(shè)備。燥效果，往往還需要較為復(fù)雜的儀器和設(shè)備。 如超臨界流體萃取法。如超臨界流體萃取法。 3.6.1 3.6.1 無機(jī)介孔材料的制備無機(jī)介孔材料的制備 硅在過渡金屬元素中最穩(wěn)定硅在過渡金屬元素中最穩(wěn)定，其氧化物，其氧化物熱穩(wěn)定性能高熱穩(wěn)定性能高，因此二氧化硅介孔材料是因此二氧化硅介孔材料是當(dāng)前研究最多最充分當(dāng)前研究最多最充分的一種介的一種介孔材料。用其已合成了不同介觀結(jié)構(gòu)，如蠕蟲狀、二維孔材料。用其已合成了不同介觀結(jié)構(gòu)，如蠕蟲狀、二維六方相、三維六方相、立方相、薄層狀以及不同形狀的六方相、三維六方相、立方相、薄層狀以及不同形狀的介孔

26、材料，如粉末狀、塊狀、顆粒狀、膜狀。介孔材料，如粉末狀、塊狀、顆粒狀、膜狀。 除硅外的其他過渡金屬由于反應(yīng)活性較高，對(duì)化學(xué)環(huán)境除硅外的其他過渡金屬由于反應(yīng)活性較高，對(duì)化學(xué)環(huán)境敏感，合成重現(xiàn)性較低，因而研究相對(duì)較少。敏感，合成重現(xiàn)性較低，因而研究相對(duì)較少。 二氧化鈦具有優(yōu)異的催化性能，尤其是光催化性能二氧化鈦具有優(yōu)異的催化性能，尤其是光催化性能，因，因而二氧化鈦介孔材料或二氧化鈦摻雜介孔材料成為研究而二氧化鈦介孔材料或二氧化鈦摻雜介孔材料成為研究熱點(diǎn)之一。熱點(diǎn)之一。 3.6 3.6 介孔材料的制備介孔材料的制備 3.6.1 3.6.1 無機(jī)介孔材料的制備無機(jī)介孔材料的制備 19951995年，年

27、，AntonelliAntonelli和和YangYang以十四烷基磷酸鹽表面活性劑為模板以十四烷基磷酸鹽表面活性劑為模板劑，采用配位協(xié)助溶膠一凝膠法，制備了有序介孔劑，采用配位協(xié)助溶膠一凝膠法，制備了有序介孔二氧化鈦二氧化鈦介孔介孔材料。材料。 D DM. AntonelliM. Antonelli與與Y YWangWang等使用胺表面活性劑合成了無序小孔等使用胺表面活性劑合成了無序小孔(4nm)(4nm)(4nm)介孔材料。介孔材料。 上述方法合成的介孔材料的孔壁一般為無定形或半晶型上述方法合成的介孔材料的孔壁一般為無定形或半晶型態(tài)。態(tài)。 3.6.2 3.6.2 無機(jī)一有機(jī)雜化介孔材料的制

28、備無機(jī)一有機(jī)雜化介孔材料的制備 19991999年日本年日本TerasakiTerasaki首次利用有機(jī)硅烷復(fù)合物首次利用有機(jī)硅烷復(fù)合物l l，2-2-雙雙（三甲氧基甲硅基）（三甲氧基甲硅基）- -乙烷乙烷(BTME)(BTME)合成了有機(jī)一無機(jī)雜化介合成了有機(jī)一無機(jī)雜化介孔材料?？撞牧稀tainStain小組和小組和OzinOzin小組等也都報(bào)道了此類材料的合小組等也都報(bào)道了此類材料的合成。成。 高選擇性硅基雜化介孔材料的制備有兩種方法：高選擇性硅基雜化介孔材料的制備有兩種方法： 在六方相介孔材料的二氧化硅表面與有機(jī)三烷氧在六方相介孔材料的二氧化硅表面與有機(jī)三烷氧基硅烷進(jìn)行接枝反應(yīng)；基硅烷

29、進(jìn)行接枝反應(yīng)； 在模板劑存在下，帶有功能基團(tuán)的有機(jī)三烷氧基在模板劑存在下，帶有功能基團(tuán)的有機(jī)三烷氧基硅烷和四烷氧基硅烷原位縮合。后一種方法在形硅烷和四烷氧基硅烷原位縮合。后一種方法在形成介孔材料骨架的同時(shí)又控制了孔結(jié)構(gòu)，比前一成介孔材料骨架的同時(shí)又控制了孔結(jié)構(gòu)，比前一種方法好。種方法好。 3.6.3 介孔孔道中納米材料的合成方法介孔孔道中納米材料的合成方法 一步合成法：一步合成法： 在自組裝合成介孔材料的過程中引入納米材料的前驅(qū)體在自組裝合成介孔材料的過程中引入納米材料的前驅(qū)體 兩步合成法：兩步合成法： 對(duì)介孔材料進(jìn)行后處理對(duì)介孔材料進(jìn)行后處理 （通過介孔孔道的吸附作用及孔道內(nèi)表面的（通過介孔

30、孔道的吸附作用及孔道內(nèi)表面的Si-OH進(jìn)行）進(jìn)行） 浸漬法浸漬法 原位還原法原位還原法 離子交換法離子交換法 電化學(xué)沉積法電化學(xué)沉積法 配位或共價(jià)嫁接配位或共價(jià)嫁接 氣相嫁接法（如化學(xué)氣相沉積氣相嫁接法（如化學(xué)氣相沉積(CVD) 等等 介孔孔道中納米材料的合成策略介孔孔道中納米材料的合成策略前驅(qū)體介孔材料合成液 介孔材料合成液 +前驅(qū)體后處理無保護(hù)消除 介孔孔壁或高溫焙燒化學(xué)氣相沉積無氧條件高溫?zé)峤獗Ｗo(hù)消除介孔孔壁3.6.3 介孔孔道中納米材料的合成方法介孔孔道中納米材料的合成方法3.6.3.1 合成納米粒子合成納米粒子納米粒子特點(diǎn)1. 表面原子分布高，比表面積特別大表面原子分布高，比表面積特

31、別大2. 分散度高分散度高3. 光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)性能的改變光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)性能的改變催化應(yīng)用催化應(yīng)用常用的納米粒子合成方法常用的納米粒子合成方法1. 固相法固相法2. sol-gel法法3. 微乳液法微乳液法4. 氣相法氣相法（利用電弧，等離子體）（利用電弧，等離子體） 制備簡單制備簡單2. 納米粒子尺寸均一可調(diào)納米粒子尺寸均一可調(diào)3.特別適合大分子的多相特別適合大分子的多相催化反應(yīng)催化反應(yīng)介孔孔道合成法優(yōu)點(diǎn)：介孔孔道合成法優(yōu)點(diǎn)：3.6.3 介孔孔道中納米材料的合成方法介孔孔道中納米材料的合成方法 Li L et al., Adv. Mater., 2004,16(13):1079

32、-1082 3.6.3.1 納米納米Pd的合成的合成方法：方法：原位還原法原位還原法特點(diǎn)：特點(diǎn)：金屬高度分散，減少了貴金屬使用量金屬高度分散，減少了貴金屬使用量 3.6.3.1 合成納米粒子合成納米粒子納米粒子特點(diǎn)1. 表面原子分布高，比表面積特別大表面原子分布高，比表面積特別大2. 分散度高分散度高3. 光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)性能的改變光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)性能的改變催化應(yīng)用催化應(yīng)用常用的納米粒子合成方法常用的納米粒子合成方法1. 固相法固相法2. sol-gel法法3. 微乳液法微乳液法4. 氣相法氣相法（利用電弧，等離子體）（利用電弧，等離子體） 制備簡單制備簡單2. 納米粒子尺寸均一可

33、調(diào)納米粒子尺寸均一可調(diào)3.特別適合大分子的多相特別適合大分子的多相催化反應(yīng)催化反應(yīng)介孔孔道合成法優(yōu)點(diǎn)：介孔孔道合成法優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用于Heck偶聯(lián)反應(yīng)，Pd催化劑的用量是普通Pd用量的1/5 Pd/SBA-15的的HRTEM像像Pd/SBA-15 的廣角的廣角XRD圖圖納米納米Au的合成的合成Asefa T, Lennox RB, Chem. Mater., 2005,17(10):2481-2483方法：方法：Ag催化的非電化學(xué)沉積法催化的非電化學(xué)沉積法特點(diǎn)：特點(diǎn)：合成高度分散的納米合成高度分散的納米Au應(yīng)用：多相催化，光學(xué)，電學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用：多相催化，光學(xué)，電學(xué)領(lǐng)域硫醇保護(hù)脫除硫醇保護(hù)脫除SBA-1

34、5后的后的納米納米Au的的TEM像像不采用硫醇保護(hù)脫除不采用硫醇保護(hù)脫除SBA-15后的納米后的納米Au的的TEM像像3.6.3.2 合成納米線合成納米線納米線特點(diǎn)1. 獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性能獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性能2. 空間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)空間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)納米光學(xué)器件納米光學(xué)器件納米電子器件納米電子器件超高密度信息存儲(chǔ)超高密度信息存儲(chǔ)常用的納米線合成方法常用的納米線合成方法 液相法液相法 （如金屬有機(jī)前驅(qū)體的熱解）（如金屬有機(jī)前驅(qū)體的熱解）2. 氣液固法氣液固法（利用激光燒蝕）（利用激光燒蝕） 有機(jī)前驅(qū)體的自組裝有機(jī)前驅(qū)體的自組裝 （平板印刷術(shù)（平板印刷術(shù)）制備具有制備具有復(fù)雜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接的納

35、米線復(fù)雜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接的納米線仍然是巨大的挑戰(zhàn)仍然是巨大的挑戰(zhàn)已知的介孔材料的孔道具有已知的介孔材料的孔道具有六方、立方及蟲孔狀等多種結(jié)構(gòu)六方、立方及蟲孔狀等多種結(jié)構(gòu)In2O3納米線的合成納米線的合成Yang HL et al., JACS, 2003,125:4724-4725方法：方法：一步合成法一步合成法特點(diǎn)：特點(diǎn)：形成高度規(guī)整的單晶氧化銦納米線形成高度規(guī)整的單晶氧化銦納米線六方六方In2O3納米線的納米線的TEM像像100方向方向001方向方向100方向方向111方向方向311方向方向選區(qū)電子衍射（選區(qū)電子衍射（SAED）像像立方立方In2O3納米線的納米線的TEM像像應(yīng)用：應(yīng)用：紫外可

36、見激光器，紫外可見激光器，檢測器，氣體傳感器檢測器，氣體傳感器 In2O3的廣角的廣角XRD圖圖體相體相In2O3In2O3納米線納米線UV-Vis吸收譜對(duì)比圖吸收譜對(duì)比圖CdSe納米線的合成納米線的合成方法：方法：電化學(xué)沉積法電化學(xué)沉積法特點(diǎn)：特點(diǎn)：可以有效的復(fù)制介孔孔道，得到連續(xù)的、可以有效的復(fù)制介孔孔道，得到連續(xù)的、 空間交聯(lián)的納米線空間交聯(lián)的納米線Wang DH et al.，Angew. Chem. Int. Ed., 2004,43:61696173應(yīng)用：應(yīng)用：半導(dǎo)體光電領(lǐng)域半導(dǎo)體光電領(lǐng)域CdSe納米線納米線111面的面的 TEM像及像及SAED像像CdSe納米線的納米線的HRTE

37、M像像不同直徑的不同直徑的CdSeCdSe納米線納米線的的UV-VisUV-Vis吸收譜吸收譜介孔材料合成液（手性模板劑） Co2+或Pt2+高溫下氧氣活化 再H2還原手性結(jié)構(gòu)的手性結(jié)構(gòu)的Co、Pt納米線的合成納米線的合成Che SA et al., Nature, 2004,429:281-284潛在應(yīng)用：潛在應(yīng)用：生物傳感器生物傳感器 手性物質(zhì)的分離手性物質(zhì)的分離 病毒的殺滅等病毒的殺滅等手性孔道中合成的手性孔道中合成的 Co納米線納米線TEMTEM像像手性孔道中合成的手性孔道中合成的 Pt納米線納米線TEMTEM像像計(jì)算機(jī)模擬圖像計(jì)算機(jī)模擬圖像Wu YY et al., Nano Let

38、t., 2004,4(12):2337-2342Temperature controllerethylene3.6.3.3 合成納米碳管合成納米碳管 納米碳管的合成（一）納米碳管的合成（一）Zheng F et Al., Nano Lett., 2002,2(7):729-732方法：方法：CVD方法（介孔中擔(dān)載的金屬作為催化劑）方法（介孔中擔(dān)載的金屬作為催化劑）特點(diǎn)：特點(diǎn)：易于控制納米碳管的形貌、尺寸的均一性易于控制納米碳管的形貌、尺寸的均一性不同不同F(xiàn)e擔(dān)載量對(duì)擔(dān)載量對(duì)CNT壁厚的影響壁厚的影響介孔介孔SiO2薄膜上薄膜上生長的生長的CNTs的的SEM像像納米碳管的合成（二）納米碳管的合成

39、（二）Urban M et al., Diamond and Related Materials, 2004,13: 13221326介孔材料合成液 無氧條件無氧條件高溫?zé)峤飧邷責(zé)峤夥椒ǎ悍椒ǎ何闯ケ砻婊钚詣┑慕榭撞牧现苯訜峤夥ㄎ闯ケ砻婊钚詣┑慕榭撞牧现苯訜峤夥ㄌ攸c(diǎn)：特點(diǎn)：操作簡單操作簡單4 介孔材料的應(yīng)用介孔材料的應(yīng)用4.1 現(xiàn)狀及展望現(xiàn)狀及展望目前的局限： 介孔材料的水熱穩(wěn)定較差，限制了這種方法的廣泛應(yīng)用。 對(duì)介孔材料的合成機(jī)理及溶致液晶相的了解不夠，還不能得到任意孔道結(jié)構(gòu)的介孔材料，限制了一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的納米材料的合成。 神奇的納米世界神奇的納米世界安裝到芯片中的安裝到芯片中的納米激光

40、器納米激光器半導(dǎo)體壓電納米環(huán)半導(dǎo)體壓電納米環(huán)可用于制造原子探針的可用于制造原子探針的新型納米硅片新型納米硅片“千紙鶴千紙鶴”（ZnO納米線）納米線） 4.2 4.2 介孔材料的應(yīng)用研究介孔材料的應(yīng)用研究 介孔材料在催化和分離上的應(yīng)用和作為光學(xué)介孔材料在催化和分離上的應(yīng)用和作為光學(xué)器件及納米反應(yīng)器也得到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)器件及納米反應(yīng)器也得到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，在化學(xué)、光電子學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)、注，在化學(xué)、光電子學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)、環(huán)境學(xué)等諸多領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用前景。環(huán)境學(xué)等諸多領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用前景。 4.2.1 4.2.1 應(yīng)用研究應(yīng)用研究 擇形吸附與分離、催化、光催化、氣體檢測擇形吸

41、附與分離、催化、光催化、氣體檢測傳感器、電容、電極、儲(chǔ)氫材料等。傳感器、電容、電極、儲(chǔ)氫材料等。 4.2.1.1 4.2.1.1 擇形吸附與分離擇形吸附與分離 介孔材料存儲(chǔ)量高，表面凝縮特性優(yōu)良，對(duì)不同極性、不同分子結(jié)構(gòu)和不同有效體積的分子具有擇形吸附和選擇性分離作用，并成為納米組裝、選擇性催化等應(yīng)用開發(fā)的重要基礎(chǔ)。如利用介孔碳分子篩材料，常溫常壓下?lián)裥挝焦饣罨纸庥泻U氣；水處理方面，可吸附水中有機(jī)廢棄物分子及無機(jī)有害離子；醫(yī)療方面，吸附藥劑分子后在藥物緩釋與靶向釋放方面也有重要應(yīng)用。 4.2.1.2 4.2.1.2 催化催化 介孔材料在催化上有廣泛有用途。目前國內(nèi)介孔材料在催化上有廣泛有

42、用途。目前國內(nèi)在介孔材料應(yīng)用方面的研究主要也集中在催在介孔材料應(yīng)用方面的研究主要也集中在催化領(lǐng)域?；I(lǐng)域。 4.2.1.3 4.2.1.3 光催化反應(yīng)光催化反應(yīng) 由于由于TiTi、CrCr金屬的特性，常被用來作光催化金屬的特性，常被用來作光催化劑，將其負(fù)載在介孔分子篩上也成為研究人劑，將其負(fù)載在介孔分子篩上也成為研究人員關(guān)注的重點(diǎn)。員關(guān)注的重點(diǎn)。 4.2.1.4 4.2.1.4 氣體檢測傳感器氣體檢測傳感器 環(huán)境污染越來越惡行，因此需要發(fā)展高靈敏性的、高響環(huán)境污染越來越惡行，因此需要發(fā)展高靈敏性的、高響應(yīng)性的而且方便易攜的氣體檢測裝置是非常必要的。介孔薄膜應(yīng)性的而且方便易攜的氣體檢測裝置是非常

43、必要的。介孔薄膜材料的應(yīng)用是此類氣體檢測應(yīng)用研究的重大突破。材料的應(yīng)用是此類氣體檢測應(yīng)用研究的重大突破。 4.2.1.5 4.2.1.5 電容、電極、儲(chǔ)氫材料電容、電極、儲(chǔ)氫材料 介孔材料比表面積大，孔結(jié)構(gòu)規(guī)則，介孔材料比表面積大，孔結(jié)構(gòu)規(guī)則，利于其孔內(nèi)粒子的快速擴(kuò)利于其孔內(nèi)粒子的快速擴(kuò)散散，有望制得，有望制得超電容電極超電容電極材料。材料。 彎曲的彎曲的納米碳管壁表面含大量缺陷及空鍵納米碳管壁表面含大量缺陷及空鍵，由此形成，由此形成交錯(cuò)的能交錯(cuò)的能壘壘。這種能壘間產(chǎn)生的電導(dǎo)率為銅的。這種能壘間產(chǎn)生的電導(dǎo)率為銅的6 6倍，軸向?qū)崧蔬_(dá)倍，軸向?qū)崧蔬_(dá)3000W/(m3000W/(mK)K)，而

44、徑向數(shù)值小，其超電荷輸運(yùn)、超導(dǎo)熱具有廣，而徑向數(shù)值小，其超電荷輸運(yùn)、超導(dǎo)熱具有廣泛的應(yīng)用。泛的應(yīng)用。 4.2.1.5 4.2.1.5 電容、電極、儲(chǔ)氫材料電容、電極、儲(chǔ)氫材料 納米碳管具有高密度存儲(chǔ)氫的能力，其室溫儲(chǔ)氫量可達(dá)納米碳管具有高密度存儲(chǔ)氫的能力，其室溫儲(chǔ)氫量可達(dá)10%10%，是稀土的是稀土的5 5倍多，從而成為首選的燃料電池儲(chǔ)氫材料。介孔碳雙電倍多，從而成為首選的燃料電池儲(chǔ)氫材料。介孔碳雙電層電容器電極材料的電荷儲(chǔ)量高?？讖綄与娙萜麟姌O材料的電荷儲(chǔ)量高?？讖?.9nm3.9nm的介孔碳電容器電容的介孔碳電容器電容量達(dá)量達(dá)100F/g100F/g，充放電，充放電100100次后衰減小于

45、次后衰減小于20%20%，與金屬氧化物，與金屬氧化物RuO2RuO2粒粒子組裝后電容可達(dá)子組裝后電容可達(dá)254F/g254F/g，是性能極佳的新一代電容器材料。鋰，是性能極佳的新一代電容器材料。鋰電池中的離子嵌入材料，其功力學(xué)受固態(tài)鋰離子擴(kuò)散的控制。高電池中的離子嵌入材料，其功力學(xué)受固態(tài)鋰離子擴(kuò)散的控制。高孔網(wǎng)絡(luò)縮減擴(kuò)散路途可很好地解決這一問題。孔網(wǎng)絡(luò)縮減擴(kuò)散路途可很好地解決這一問題。 4.2.1.5 4.2.1.5 電容、電極、儲(chǔ)氫材料電容、電極、儲(chǔ)氫材料 采用采用介孔介孔Sn0Sn02 2與模板劑乙炔黑、粉末黏合劑與模板劑乙炔黑、粉末黏合劑PVDFPVDF經(jīng)混合、經(jīng)混合、涂覆、干燥制得的產(chǎn)

46、品可用于涂覆、干燥制得的產(chǎn)品可用于鋰離子電池的陽極材料鋰離子電池的陽極材料，其充，其充電電流超過電電流超過400mA400mAh/gh/g，充放電，充放電110110次后電流量仍超過次后電流量仍超過300mA300mAh/gh/g。鋰電池。鋰電池陰極材料選用介孔氧化釩陰極材料選用介孔氧化釩后，鋰離子擴(kuò)后，鋰離子擴(kuò)散路徑非常短，電極可快速充放電。散路徑非常短，電極可快速充放電。50(lh50(lh內(nèi)每單位內(nèi)每單位V205V205嵌嵌入入5050單位鋰時(shí)單位鋰時(shí)) )，電流量為，電流量為125mA125mAh/gh/g，相應(yīng)的電容達(dá)，相應(yīng)的電容達(dá)450F/g450F/g，優(yōu)于多孔碳雙電層電容器，千

47、次充放電后電容量降低極少，優(yōu)于多孔碳雙電層電容器，千次充放電后電容量降低極少，從而在高能電池和低能電容方面存在重要的應(yīng)用。從而在高能電池和低能電容方面存在重要的應(yīng)用。 4.2.1.5 4.2.1.5 電容、電極、儲(chǔ)氫材料電容、電極、儲(chǔ)氫材料 介孔介孔NiO/YNiO/Y2 2O O3 3-ZrO-ZrO2 2復(fù)合氧化物可用于燃料復(fù)合氧化物可用于燃料電池。這種材料的孔壁為微孔結(jié)構(gòu)的電池。這種材料的孔壁為微孔結(jié)構(gòu)的Y Y2 2O O3 3增穩(wěn)增穩(wěn)的的ZrOZrO2 2納米晶，納米晶，800800有較高的熱穩(wěn)定性。加有較高的熱穩(wěn)定性。加上孔徑分布窄，燃料電池內(nèi)燃料氧傳質(zhì)、上孔徑分布窄，燃料電池內(nèi)燃料

48、氧傳質(zhì)、氧離子轉(zhuǎn)移、電導(dǎo)、電荷遷移性能提高顯著，氧離子轉(zhuǎn)移、電導(dǎo)、電荷遷移性能提高顯著，電池的操作溫度亦有望降低。電池的操作溫度亦有望降低。 4.2.1.6 4.2.1.6 信息儲(chǔ)運(yùn)信息儲(chǔ)運(yùn) 介孔ZrO2溶膠經(jīng)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(yīng)用。介孔氧化鎢、介孔氧化釩電致變色性能優(yōu)良（比相應(yīng)的納米粒子高出1倍）。其孔徑控制可提高電致變色動(dòng)力學(xué)帶數(shù)；嵌入鋰離子及有機(jī)電解液后，重復(fù)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(jié)構(gòu)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他類介孔材料組裝都有望在磁存儲(chǔ)領(lǐng)域產(chǎn)生新的性能并得

49、到應(yīng)用。 4.2.2 4.2.2 有序介孔材料的應(yīng)用領(lǐng)域有序介孔材料的應(yīng)用領(lǐng)域 4.2.2.1 4.2.2.1 化工領(lǐng)域化工領(lǐng)域 有序介孔材料具有較大的比表面積、相對(duì)大的孔徑以及規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)，可以處理較大的分子或基團(tuán)，是很好的擇形催化劑。特別是在催化有大體積分子參加的反應(yīng)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。有序介孔材料直接作為酸堿催化劑使用時(shí)，能夠改善固體酸催化劑上的結(jié)炭，提高產(chǎn)物的擴(kuò)散速度，轉(zhuǎn)化率可達(dá)90%，產(chǎn)物的選擇性達(dá)100%。 除了直接酸催化作用外，還可在有序介孔材料骨架中摻雜具除了直接酸催化作用外，還可在有序介

50、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(fù)載氧化還原催化劑有氧化還原能力的過渡元素、稀土元素或者負(fù)載氧化還原催化劑制造接枝材料。這種接枝材料具有更高的催化活性和擇形性，這制造接枝材料。這種接枝材料具有更高的催化活性和擇形性，這也是目前開發(fā)介孔分子篩催化劑最活躍的領(lǐng)域。也是目前開發(fā)介孔分子篩催化劑最活躍的領(lǐng)域。4.2.2.2 4.2.2.2 生物醫(yī)藥領(lǐng)域生物醫(yī)藥領(lǐng)域 一般生物大分子如蛋白質(zhì)、酶、核酸等，當(dāng)它們的相對(duì)分子質(zhì)量在1萬100萬之間時(shí)尺寸小于l0nm，相財(cái)分子質(zhì)量在1000萬左右的病毒其尺寸在30nm左右。有序介孔材料的孔徑可在250nm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)和無生理毒性的特點(diǎn)使

51、其非常適用于酶、蛋白質(zhì)等的固定和分離。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葡萄糖、麥芽糖等合成的有序介孔材料既可成功地將酶固化，又可抑制酶的泄漏，并且這種酶固定化的方法可以很好地保留酶的活性。 生物芯片的出現(xiàn)是近年來高新技術(shù)領(lǐng)域中極具時(shí)代特征的重大進(jìn)展，是物理學(xué)、微電子學(xué)與分子生物學(xué)綜合交叉形成的高新技術(shù)。有序介孔材料的出現(xiàn)使這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展，在不同的有序介孔材料基片上能形成連續(xù)的結(jié)合牢固的膜材料，這些膜可直接進(jìn)行細(xì)胞/DNA的分離，以用于構(gòu)建微芯片實(shí)驗(yàn)室。4.2.2.2 4.2.2.2 生物醫(yī)藥領(lǐng)域生物醫(yī)藥領(lǐng)域 藥物的直接包埋和控釋也是有序介孔材料很好的應(yīng)用領(lǐng)域。有序介孔材料具有很大的比表面積和比孔容，可以在材料的孔道里載上卟啉、吡啶，或者固定包埋蛋白等生物藥物，通過對(duì)官能團(tuán)修飾控釋藥物，提高藥效的持久性。利用生物導(dǎo)向作用，可以有