介孔材料的表征.doc

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1、介孔材料的结构分析与性质表征介孔材料的化学和物理性质是与材料的结构紧密相关的，介孔材料的合成、修饰改性、应用领域的科学家们需要详细的结构和性能的知识去达到他们的目的。因此在介孔材料的研究中，对结构的分析和性能的表征十分重要。许多技术手段可被用于测定材料的结构性质。材料的表征技术可分为两个方面：结构表征和性能表征。第一节引言本章所介绍的方法不仅适用于固体产物和材料的鉴定，也适用于反应过程的分析跟踪、机理研究以及产品质量的控制等。采用任何一种方法得到的信息都是有限的，因此常将多种方法结合起来，例如常规的化学分析是十分重要的，在计算机辅助下进行性质模拟有助于得到理论上的支持，对多种方法分

2、析的结果作出科学分析，才能得到正确的结论。3.1.1分析手段介孔材料的性质表征或结构测定是研究工作首要的一步，只在在得知了制备出了什么物质以及物质的物理性质，才能够进一步对这一材料的开发应用提出初步判断。近50年来材料分析表征技术有了飞速的发展，尤其是近二三十年来这些分析食品都配备了高性能计算机，使分析测量工作的质量和速度得到了极大的提高，这些分析表征手段可分为下面三大类：1）衍射；2）光谱；3）显微技术。随着分析理论和计算机技术的发展，很多分析方法都可以用计算机进行模拟。一、衍射衍射是电磁辐射波动性的一种表现，当辐射经过一边缘或通过一小孔时会发生干涉现象。当电磁辐射经过一有序排列

3、的化合物时产生的干涉波包含了材料的结构信息。衍射方法是研究晶体材料的长程周期性结构的最有效方法。常用于结构研究的辐射源的各类有电子洗射、中子衍射、X射线衍射和同步辐射源等。X射线衍射是实验室最重要、最方便、最实用的晶体结构分析手段，电子衍射、中子衍射和同步辐射常常在一些特殊目的和场合下使用。由于合成的结晶多孔材料多为粉末微晶，使用X射线粉末衍射晶体结构分析有着很重要的作用。二、光谱光谱技术是根据原子或分子（或者原子和分子的离子）对电磁波的吸收、发射或散射来研究原子、分子的物理过程，光谱技术则对晶体的和无定形材料中原子的局部环境更为敏感。IR、拉曼光谱属于振动光谱，它可用于分析材料中

4、极性键的振动状态获得分子结构信息。可见、紫外光谱属于电子光谱，用于表征材料的电子价态。还有一些技术，如电子能量损失谱（EELS），非弹性电子隧道谱（IETS），非弹性中子散射谱（INSS）等技术在分子筛研究中也有应用。三、显微技术显微技术是利用光学装置来得到某一物体的放大图像，电子显微学分析手段有扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和扫描隧道电镜（STM）等。四、吸附、脱附、热分析技术等使用探针分子的吸附和扩散实验、程序脱附、热分析、催化反应测试等能够间接地得到一些表面结构信息，尤其是孔的表面结构信息。3.1.2多孔材料性质表征的特点对于多孔材料，性质表征包括两个方面：骨架（或固

5、体壁）部分和孔穴部分。骨架部分包括：1）结构，揭示样品的结晶性、晶系、空间群、晶胞、晶胞中的原子坐标、成键和超结构；2）化学组成及组成的均匀性；3）对性能有影响的“杂质”；4）对性能有影响的结构学完整性（缺陷等）。孔穴部分包括孔径、孔体积、比面、孔尺寸分布、孔穴形状等。结构表征和性质研究对于新材料尤其重要，例如在MCM-41问世前20年，就已有人在类似的合成体系中合成出几乎同样的材料，但因为没有进行足够的表征，对其结构也没有足够的认识，错过了一个重大发现的机会，只是到了Mobil公司的科学家们对MCM-41介孔结构进行了准确的描述后，才引起世人的注意，并开发出一系列新的介孔材料。3

6、.1.3介孔材料常见的性质表征要求及可行的分析方法常见的分析方法按应用目的和所能达到的目标列于表3.1。表多孔材料常见的性质表征要求和分析方法性质范围目标（问题）方法（特点、局限性、实例）骨架原子（结晶学与化学组成）晶体结构（原子坐标）1）单晶XRD（首选方法，需要大晶体）；2）同步辐射XRD（粉末法解结构，X射线强度是一般X射线管Ka的10倍）；3）中子衍射（定位轻原子、H等）；4）粉末XRD（方便，但数据质量较差）；5）固体NMR（29Si，Al等，协助其他方法、测量Si-O-Si键角）；6）高分辨电子显微镜HREM（包括电子衍射、局部细节）；7）计算化学（计算机模拟、协助其他

7、方法）骨架原子分布（如沸石中的Al）中子衍射、固体NMR（29Si、27Al等）、27AlNMR（区分骨架铝和非骨架铝）杂原子取代粉末XRD（晶胞参数变化、单位晶胞体积变化、衍射峰强度变化，如当每个晶胞内多于一个Ti原子时，silicalite-I从单斜晶系变为正交晶系），IR（960cm-1谱带或肩峰表明Ti进入骨架，拉曼光谱，NMR（29Si化学位移变化，27Al，31P，11B，17O），原位XANES、EXAFS、EPR，催化反应（活性和选择性变化），化学分析