纳米介孔材料课件.ppt

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1、第六章纳米孔材料Nanoporousmaterials6.1定义及分类多孔材料(porousmaterial)：含有孔洞结构且具有一定孔隙率的材料纳米孔材料(nanoporousmaterials)：孔径在1～100nm(甚至更大)且具有显著表面效应(>20%)的多孔材料从组成分：按孔径(d)分：分类：d<2nm，微孔材料(microporousmaterial)：沸石、碳2nm50nm，大孔材料(macroporousmaterial)(IUPAC定义)无机纳米孔材料：有

2、机纳米孔材料：聚合物氧化物，如SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2纳米孔碳材料纳米孔氮化物、磷酸盐和硫化物单原子(如硅)纳米孔材料从孔在空间分布特征分有序固体纳米孔材料：孔在空间呈规则排列无序固体纳米孔材料：孔呈无规则分布从孔结构分(a)六方相介孔材料；(b)立方相介孔材料；(c)层状介孔材料从介孔材料形状分：6.1定义及分类介孔颗粒介孔膜介孔块体MCM41MCM48MCM506.2制备方法(1)溶胶-凝胶法原理：将金属醇盐或无机盐等前驱体溶于水或有机溶剂，在低温下通过水解、缩合等化学反应，形成溶胶，再转化成具有一定空间结构的凝胶，通过凝胶陈化、干

3、燥及热处理或添加改性剂来进行控制。水凝胶或醇凝胶：超临界干燥或冷冻干燥制备的介孔固体有：SiO2、Al2O3、TiO2、SnO2、VO2等例：KMnO4+马来酸→介孔MnO2(孔径0.7~6nm，比表面积297m2/g)特点：反应过程易控制、设备简单、成本低；介孔固体纯度高、均匀性好、易于掺杂等优点。(2)模板合成法将表面活性剂加入到溶剂中，形成胶束，然后加入无机物种、酸或碱，搅拌使之反应完全，得到比较柔顺、松散的表面活性剂和无机物种的复合产物，再通过水热处理、室温陈化等处理提高无机物种的缩聚程度，形成稳定的中间产物，然后洗涤、干燥，得到有机-无机复合

4、前驱体，再通过灼烧或溶剂萃取去除其中的表面活性剂，便得到介孔材料。特点：介孔均一、分布齐整。例：SiO2介孔固体(一)表面活性剂模板法(2)模板合成法表面活性剂：烷基铵类阳离子表面活性剂CnH2n+1(CH3)3N+,8≤n≤22SchematicphasediagramforCH3(CH2)15N(CH3)3+Br-inwater.Thecriticalpackingparameter(CPP)=VH/a0lclc≤1.5+1.265nA(2)模板合成法Schematicoftheliquid-crystaltemplating(LCT)mechan

5、ism.Path1isliquidcrystalinitiatedand2issilicateanioninitiated.(2)模板合成法(2)模板合成法(二)有机配体模板法Thetemplatesareintroducedasligandscovalentlybondedtosilicaprecursors.Figure.Examplesofprecursorsusedinthecovalentlybondedorganictemplateapproachshowingmatrixprecursor(1),andpendant(2),polymer

6、izable(3),andbridgingtemplates(4).ThetypeofligandCovalentbondingoftheorganicligandtotheinorganicframeworkforcescloseassociationoftemplateandframework,limitstheindependentorganizationoftheorganicandinorganicmoieties,andimpartshydrophobicitytothesiloxanepolymersandgel.Theframework

7、initiallyestablishedatthegelpointexhibitslowoverallextentsofcondensation(Q3/Q4).Thecompositemorphologycontinuestoevolvebeyondthegelpointbyprocessessuchassyneresis,capillaryshrinkage,relaxation,andsintering,sothenatureofporositycreatedatthemomenttheorganictemplatesareremoveddepen

8、dsinacomplexwayontheprecedingprocessinghistory.