有序大孔材料

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1、纺织与材料工程学院研究生综述课程名称：高聚物材料成型原理论文题目：有序大孔材料学院：纺织与材料工程学院专业：材料工程班级学号：12208520403411学生姓名：乔占凤指导教师：张鸿完成时间：2012-10-21摘要：有序大孔材料作为高效吸附和分离材料所具有的独特性能逐渐被人们所认识。有序大孔材料可快速完成吸附和解吸过程，并且通过孔壁改性可使其具有良好的化学选择性，因而该材料成为近年来研究的热点，尤其是它的功能性应用倍受关注。介绍有序多孔材料的几种方法。关键词：大孔材料，SiQ胶体引言有序多孔材料由于均一的孔形、孔径及均匀

2、的有序排列使其对被处理分子的尺寸和形状具有良好的选择性，因而在选择性吸附、分离和催化等方面起到了非常重要的作用。有序多孔材料经历了从微孔中孔大孔的发展过程。最初，有序多孔材料(如:沸石和分子筛)主要用于气体或有机小分子等的吸附和分离等领域，此时的多孔材料孔径与气体或小分子的动力学直径相当，主要是微孔。随着高分子研究的飞速发展，微孔材料的孔径远远满足不了高分子的吸附或分离的需要，因此中孔材料应运而生。根据国际理论和应用化学联合会的定义，大孔材料是指孔尺寸大于50nm的多孔材料。一直到上世纪90年代中期，材料界普遍认为大孔材料对

3、分子不具备尺寸选择性，对其研究很少。近年来，人们逐渐意识到大孔材料作为高效吸附和分离材料有其独特的性能，并且通过孔壁改性可使大孔材料具有良好的化学选择性。此外，有序大孔材料具有非常优良的通透性，可以快速完成吸附和解吸过程。为此，有序大孔材料逐渐受到重视，除了高效吸附和分离等领域以外，三维有序大孔材料的功能性应用也成了近年来的研究重点。1有序大孔材料的制备方法要得到有序的多孔材料需要通过特定的分子间相互作用力、分子自组装技术或特定模板技术来实现。对于有序微孔材料(如:沸石和分子筛等)可以通过硅铝酸盐的四面体(TO4，其中T为A

4、l或Si)结构片断之间特殊的相互作用力形成多边形结构单元，再由多边形形成多面体结构，最后通过多面体的组合形成三维有序的结晶性微孔材料。采用上述方法制备的有序多孔材料，其孔尺寸均小于112nm，很难用于更大孔径多孔材料的制备。有序中孔材料的合成则是利用具有特殊结构的较高分子量的分子(如:表面活性剂等)，使其通过特定的分子间相互作用力形成空间有序结构然后在有序结构的合适空隙部分填充无机组分，最后通过高温处理使无机骨架成形。同时材料中的有机高分子分解挥发，形成有序中孔材料。理论上只要具有足够长链长的表面活性剂分子，就可以应用上述中

5、孔材料的制备方法制备出有序大孔材料。实际上，合成能够满足大孔多孔材料的超高分子表面活性剂时，当其分子量达到一定值以后，这种大分子的流动性变得很差，甚至是固态，所以用上述方法制备有序大孔材料存在难题。目前，有许多制备大孔材料的方法，如：发泡法、取代法和模板法等，其：中发泡法和取代法是在目标多孔材料的原材料中添加发泡剂或通过减压等使体系中产生大量气泡以达到成孔的目的。这些方法制备的多孔材料的孔径一般都不均匀，孔径分布宽，甚至到毫米，孔与孔之间基本是独立的，孔形也不单一，无法得到具有功能应用潜力的有序大孔材料。模板法是利用具有特定

6、微观有序结构(其有序的尺度与大孔尺寸的范围相当)的材料作为模板，在其有序结构的合适空隙部分填充目标产物的原料，在这种产物的骨架成形后，利用高温处理或者其它方法去除模板，形成有序的大孔材料[1]。2SiQ胶体晶体的组装和表征许静、龙永福等[2]将单分散SiO2微球组装成高度有序的胶体晶体模板，是获得有序孔聚甲基丙烯酸甲酯的首要条件。胶体晶体的组装方法很多，较为常见的有自然沉降法、离心沉降法、溶剂蒸发法等多种，各种方法适用的微球粒径范围各不相同。实验中胶体微球的直径为560nm，超过了自然沉降和溶剂蒸发法的组装范围，所以选用了离

7、心沉降法。图1是通过精密控制离心转速获得的胶体晶体模板(未经热处理)的电镜照片，由图可见，SiO2微球排列致密有序，呈多层阶梯状堆积，正方形和三角形两种排列方式均清晰可见，这种典型的多晶结构是离心沉降法本身的特点决定的。实验过程中发现，离心转速对胶体晶体的有序性有较为复杂的影响，对同种粒径的微球，仅在合适的转速下才能将微球组装成有序阵列。离心沉降法的基本原理就是利用离心力场驱动单分散胶体微球沉降并形成最密堆积的三维有序阵列，因此，离心转速对胶体晶体有序性的影响可能与微球在离心场中的沉降平衡有关。大孔聚甲基丙烯酸甲酯的形貌观察

8、图2，3分别是以opal1和opal2为模板制备的聚甲基丙烯酸甲酯的电镜观察结果：2个样品都具有典型的多孔结构，“空气”孔尺寸均匀，且排列有序，其排列方式与模板中的微球阵列基本一致，是模板有序结构的精密“复型”，但2个样品中孔的形貌截然不同。以未经热处理的opal1为模板制备的样品中孔壁较