无机合成化学6-2多孔材料的合成化学

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1、§6.2多孔材料的合成化学内容简介多孔材料（porpousmaterial）与它的分类沸石（zeolite）类材料及其结构特征沸石类型材料的合成生成机理与基本合成规律微孔材料合成新进展和特殊合成方法一、多孔材料与它的分类1.多孔材料的分类2.鉴定方法3.无定形、次晶、晶体材料的特征4.常见的多孔无机材料5.常用的多孔无机材料制备方法多孔材料的简单介绍多孔无机固体材料可以是晶体的或是无定形的，它们被广泛地应用在吸附剂、非均相催化剂、各类载体和离子交换剂等领域，空旷结构和巨大的表面积（内表面和外表面）加强了它们的催化和吸附等能力。1.多孔材料的分类（1）按照国际纯粹和应用化学协会（

2、IUPAC）的定义，多孔材料可以按它们的孔直径分为三类：小于2nm为微孔（micropore）；2～50nm为介孔（mesoporous）；大于50nm为大孔(macropore)，有时也将小于0.7nm的微孔称为超微孔。（2）而根据结构特征，多孔材料可以分成三类：无定形、次晶和晶体。2.鉴定方法最简单的鉴定是应用衍射方法，尤其是x射线衍射，无定形固体没有衍射峰，而次晶没有衍射峰或只有很少几个宽衍射蜂，结晶固体能给出一套特征的衍射峰。3.无定形、次晶、晶体材料的特征无定形材料：缺少长程有序、孔道不规则，孔径大小不均一且分布很宽。次晶材料：含有许多小的有序区域，但孔径分布也较宽。

3、晶体材料：孔径大小均一且分布很窄，孔道形状和孔径尺寸能通过选择不同的结构来很好地得到控制。4.常见的孔结构材料常见的无定形孔结构材料：有硅胶、氧化铝胶、交联粘土、层柱状结构材料、活性炭分子筛等。常见的晶体材料：有沸石、分子筛、类沸石材料、氧化硅等介孔材料、氧化硅等大孔材料。5.常用的多孔无机材料制备方法：①沉淀法，固体颗粒从溶液中沉淀出来生成有孔材料；②水热晶化法，如沸石的制备；③热分解方法，通过加热除去可挥发组分生成多孔材料；④有选择性的溶解掉部分组分；⑤在制造形体（薄膜、片、球块等）过程中生成多孔（二次孔）。二、沸石类材料及其结构特征1.沸石与分子筛2.沸石和分子筛的性质3

4、.沸石与分子筛的骨架结构4.晶体结构的非完美性5.分类1.沸石与分子筛沸石（zeolite）沸石是最为人知的微孔材料家族。天然沸石很早以前（1756年）就被发现。自20世纪40年代第一个人造沸石出现之后，沸石在石油工业催化剂的应用激励和促进着合成方面的研究。在许多活跃的研究领域中，新材料的合成和它们的生成机理研究一直是崇高而重要的课题。沸石及有关材料的合成进展很快，每年都有新的结构和新的材料被发现。这方面的研究不但是出于学术兴趣，而且也是由于不断发现新应用的促进作用。分子筛分子筛是以选择性吸附为特征的。分子筛一词是为描述一类具有选择性吸附性质的材料，McBain于1932年提出

5、的（可以是结晶的也可以是无定形的），当时，只有两类分子筛材料是已知的：天然沸石和活性炭。后来，又有多种分子筛材料被发现，包括硅酸盐、磷酸盐、氧化物等。沸石的命名天然沸石的矿物名称多与发现地和发现者有关，而人工合成的沸石常以发现者的工作单位来命名，如ZSM代表ZeoliteSoconyMobile。沸石类化合物包括天然和人工合成的已超过600种，而且还在增加。国际沸石学会（IZA）根据IUPAC的命名原则，给每个确定的骨架结构赋予一个代码（由三个英文字母组成），例如FAU代表八面沸石，MFI代表ZSM-5。相同的结构可以有不同的化学组成，例如X型沸石（低硅八面沸石）、Y型沸石（高

6、硅八面沸石）和SAPO-37（磷酸硅铝分子筛）具有完全不同的组成，但它们具有相同的FAU结构。2.沸石和分子筛的性质（1）沸石和类沸石分子筛是应用最广泛的催化剂和吸附剂，由于其规则有序的结构．沸石的各种性质在很大程度上是可预测的。（2）沸石不同于其它无机氧化物是因为沸石具有以下特殊性质：1）骨架组成的可调变性；2）非常高的表面积和吸附容量；3）吸附性质能被控制，可从亲水性到疏水性；4）酸性或其它活性中心的强度和浓度能被调整；5）孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸（5～12Å）范围之内；6）孔腔内可以有较强的电场存在；7）复杂的孔道结构允许沸石和分子筛对产物、反应物或中间物有

7、形状选择性，避免副反应；8）阳离于的可交换性；9）分子筛性质，沸石分离混合物可以基于它们的分子大小、形状、极性、不饱和度等；10）良好的热稳定性和水热稳定性，多数沸石的热稳定性可超过500℃；11）较好的化学稳定性，富铝沸石在碱性环境中有较高的稳定性，而富硅沸石在酸性介质中有较高的稳定性；12）沸石很容易再生，如加热或减压除去吸附的分子，离子交换除去阳离子。3.沸石与分子筛的骨架结构（1）沸石具有三维空旷骨架结构，骨架是由硅氧四面体[SiO4]4-和铝氧四面体[AlO4]5-通过共用氧原子连