浅谈介孔材料的定向设计合成及其催化应用

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1、学校代号：10532学号：B06112003密级：湖南大学博士学位论文介孔材料的定向设计合成及其催化应用学位申请人姓名：孙成高导师姓名及职称：晁自胜教授培养单位：化学化工学院专业名称：化学工程与技术论文提交日期：2009年8月论文答辩日期：2009年10月28日答辩委员会主席：徐伟箭教授DirectionalSynthesisofMesoporousMaterialsandTheirCatalyticApplicationsbySunChenggaoB.E.(HenanUniversityofscienceandtechnol

2、ogy)2004AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofPhDofengineeringinChemicalTechnologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorChaoZisheng2009湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已

3、经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。　　作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书。2．不保密□。(请在以上相应方框内打”

4、√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I博士学位论文摘要由于具有高的比表面积、规则有序的孔道排列、可调的孔径大小、较窄的孔径分布以及大的孔容等一系列特性，近年来介孔材料已经引起了各方面的广泛关注，并且已经成为纳米结构材料和催化领域中最为活跃的研究领域之一。本论文针对目前介孔材料研究领域内的三个前沿方向，即：硅基介孔材料的定向控制合成、非硅基多元介孔材料的合成、以及介孔材料的功能化，相应地开展了一系列研究，并探索了所合成的非硅基介孔材料的一些催化应用。主要研究内容如下：在硅基介孔材料的定向控制合成方面（论文第2章），

5、首先研究了温度对于MSU介孔材料合成过程的调控作用，关于在低于冰点的低温条件下进行MSU介孔材料的合成，目前尚未见有文献报道；在高于表面活性剂浊点温度的高温下进行MSU介孔材料的合成则被学术界认为是不可能的。我们的研究在国际上首次成功地在远低于冰点温度和远高于浊点温度条件下合成出了MSU介孔材料，从而将MSU介孔材料的合成温度范围拓展到了-25~140℃的范围。并且通过调节合成温度，实现了对所合成MSU的孔径、孔容、比表面积、孔道结构、以及微观形貌等织构性能的定向控制。发现在高温下所合成的MSU介孔材料具有多级孔分布，探讨了其

6、可能的形成机理。接着研究了添加小分子添加剂环己烷对于MSU介孔材料合成过程的调控作用。发现通过调节环己烷在合成体系中的含量，也可以达到定向控制MSU的孔道和形貌等织构特征的目的。相对于温度控制的定向合成，在环己烷存在的情况下，高温下出现二级孔道的现象得到了较好的抑制。随着合成体系中环己烷添加量的增加，所合成出的介孔材料从蠕虫状结构向层状结构转变，同时，其形貌也由原来的实心球形转变成了空心囊泡，即实现了从MSU-1向MSU-V的转变。这种结果未见有文献报道。最后研究了合成温度对于MCM-41孔道结构和形貌的影响。研究结果表明，在

7、低至-10℃的温度下仍然可以合成出具有完好孔道结构的MCM-41介孔材料。相对于较高温度下的合成，低温条件下所合成的MCM-41具有更小的颗粒度和更加连续的形貌。提出了合成温度影响MCM-41微观形貌的可能机理。在非硅基介孔材料的合成与应用（论文的第3~7章）方面，在第3章中，以AEO9为表面活性剂模板，利用凝胶-溶胶路线成功地合成出了具有孔径分布均一和比表面大等特点的Ti-O-Co二元复合非硅基介孔材料Meso-Ti-Co。对Meso-Ti-Co进行了详细的表征，证实其具有介孔材料的完整的特征，Co物种完全进入孔壁骨架内部。

8、考查了Meso-Ti-Co的合成工艺，给出了最佳工艺条件。通过自行设计的装置，考查了各介孔材料的催化氧化环己烷的催化性能。结果表明使用介孔催化剂转化率和选择性均要高于其他同类别催化剂，环己烷的转化率可以达到7.97%，环己醇和环己酮的选择性达到93.69%。催化剂的重复性非常