有序介孔材料

有序介孔材料

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有序介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料，它一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。由于其具有大的表面积和相对大的孔径以及规整的孔道结构，介孔材料在催化、储能和分离吸附领域有独特的应用地位。以下我将主要从有序介孔材料的背景特点、有序介孔材料的应用以及未来展望来介绍一下有序介孔材料。

关键词：有序介孔材料、催化领域、储能、分离吸附

一、有序介孔材料的背景及特点的简介

定义：有序介孔材料是以表面活性分子聚集体为模板，通过有机物与无机物之间的界面作用组装生成的孔道结构规则、孔径介于2-50nm的多孔材料。

1、发展历史

1992年Mobil公司的科学家首次报道合成了MCM（Mobil Com- position of Matter）-41介孔分子筛，揭开了分子筛科学的新纪元。1994年，Huo等在酸性条件下合成出APMs 介孔材料，结束MCM系列只能在碱性条件下进行的历史，拓展了人们对模板法合成介孔材料的认识。介孔材料合成的突破性进展是酸性合成体系中使用嵌段共聚物（非离子表面活性剂)为模板，得到孔径大、有序程度高的介孔分子筛SBA-15 。1996年Bagshaw等采用聚氧乙烯表面活性剂，N0I0非离子型合成路线，首次合成出介孔分子筛Al2O3。其表面积可达600 m2/g，去除模板剂后的热稳定性可达700℃。1998年Wei等首次以非表面活性剂有机化合物（如D-葡萄糖等）为模板剂制备出具有较大比表面积和孔体积的介孔二氧化硅。

2、有序介孔材料的合成

目前介孔材料的合成方法主要有硬模板法和软模板法。如下图1是软模板法，图2是硬模板法。

图1

软模板法合成介孔材料是用表面活性分子作为模板，这种方法的三种途径如图1所示A:直接沉淀，B:准液晶模板，B:溶剂挥发诱导自组装。

图2

硬模板法就是用一类含有介孔的固体材料，如介孔氧化硅、介孔炭等刚性骨架结构的模板来合成介孔材料的方法。

3、有序介孔材料的特性

与传统的多孔材料相比，有序介孔材料具有如下特征：

(1)均一可调的中孔孔径 (2)比表面积大 (3)易于掺杂其他组分的无定型骨架组成 (4)

较好好的热稳定性和水热稳定性 (5)颗粒具有丰富多彩的外形。

它所具有的孔道大小均匀、排列有序、孔径可在2－50nm范围内连续调节等特性，使其在分离提纯、生物材料、催化、新型组装材料等方面有着巨大的应用潜力。

二、有序介孔材料的应用

1、在催化领域的应用

有序介孔材料具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔道结构，可以处理较大的分子或基团，是很好的择形催化剂。特别是在催化有大体积分子参加的反应中，有序介孔材料显示出优于沸石分子筛的催化活性。因此，有序介孔材料的使用为重油、渣油等催化裂化开辟了新天地。有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时，能够改善固体酸催化剂上的结炭，提高产物的扩散速度，转化率可达90％，产物的选择性达100％。除了直接酸催化作用外，还可在有序介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的过渡元素、稀土元素或者负载氧化还原催化剂制造接枝材料。这种接枝材料具有更高的催化活性和择形性，这也是目前开发介孔分子筛催化剂最活跃的领域。

有序介孔材料由于孔径尺寸大，还可应用于高分子合成领域，特别是聚合反应的纳米反应器。由于孔内聚合在一定程度上减少了双基终止的机会，延长了自由基的寿命，而且有序介孔材料孔道内聚合得到的聚合物的分子量分布也比相应条件下一般的自由基聚合窄，通过改变单体和引发剂的量可以控制聚合物的分子量。并且可以在聚合反应器的骨架中键入或者引入活性中心，加快反应进程，提高产率。

2、在储能领域的应用

有序介孔材料具有宽敞的孔道，可以在其孔道中原位制造出合碳或Pd等储能材料，增加这些储能材料的易处理性和表面积，使能量缓慢地释放出来，达到传递储能的效果。还可以可以在介孔材料上负载纳米粒子（如Pt、 Pb的氧化物），做成良好的电极，改善纳米活性催化剂团聚的问题。典型的就有介孔碳材料，由于有它具有，高的比表面积、连通的孔道结构、良好的化学稳定性和热稳定性，使它被广泛应用于超级电容器、锂电池、燃料电池和太阳能电池等领域中，为绿色能源发展作出了独特的贡献。

3、在吸附和分离领域的应用

在温度为20％－80％范围内，有序介孔材料具有可迅速脱附的特性，而且吸附作用控制湿度的范围可由孔径的大小调控。同传统的微孔吸附剂相比，有序介孔材料对氩气、氮气、挥发性烃和低浓度重金属离子等有较高的吸附能力。采用有序介孔材料不需要特殊的吸附剂活化装置，就可回收各种挥发性有机污染物和废液中的铅、汞等重金属离子。而且有序介孔材料可迅速脱附、重复利用的特性使其具有很好的环保经济效益，目前人们已经利用其吸附性能来分离有机小分子、生物大分子和金属离子。

三、前景展望

在未来我们在有序介孔材料研究方面还可以从以下几个方面入手：

1、探索新型结构和性能的模板剂，合成新型孔道结构如多层次有序孔结构的介孔材料。

2、从硅铝体系转向金属、过渡金属氧化物、硫化物等非硅基体系，向具有有机功能基团或有机－无机杂化介孔材料发展，扩展有序介孔材料的范围。

3、利用计算机模拟和现代表征技术，从分子水平或微观结构上更好地理解有机表面活性剂-无机物之间的相互作用，认识介孔材料的合成机理。

4、提高介孔材料的热稳定性与水热稳定性，解决酸强度低，掺杂其他金属离子后结构不稳定性、掺杂量较低等问题。

5、加强介孔材料在催化、有机高分子分离、环保、纳米反应器、电子器件、传感器等方面的应用研究。

总结

介孔材料的发展大大的提升了化工反应催化剂、吸附分离的速度以及反应的效率转化率等，还在能源方面提高了能量的储存转化效率，是绿色和谐的新材料技术。这就注定了介孔材料在未来的世界里有着广阔的前景，是学术和商业的潜力股新星。

参考文献

[1] 谢永贤，陈文，徐庆.有序介孔材料的合成及机理.材料导报.2002年01期.

[2]刘建红,杨儒,刘家祥,李敏,严彩霞.有序介孔材料的合成及表征方法[J].材料导报. 2002(09).

[3]万颖.有序介孔材料及应用[J].世界科学.2007(11).

[4]张荣国,刘丹,陈伶,雷家珩.有序介孔材料形成机理的研究进展[J].化学与生物工程. 2005(08).

[5]林永兴,孙立军,张文彬,郑雪萍.介孔材料的合成机理与应用[J].材料导报. 2003(S1).

[6]董秀芳，曹端林，李裕，李军平.软模板法合成有序介孔材料的研究进展.化学工程师.2010年05期.

[7]曾垂省,陈晓明,闫玉华,高玉香.介孔材料及其应用进展[J].化工科技.2004(05).

[8]陈岗庆,李奠础,李瑞丰.介孔材料合成的研究[J].山西化工.2006(04).

有序介孔材料的发展和面临的挑战

有序介孔材料的发展和面临的挑战 霍启升 吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室，中国吉林长春，邮编：130012 E-mail: huoqisheng@https://www.sodocs.net/doc/439114378.html, 摘要 简要介绍有序介孔材料的发现和发展历史，讨论合成、结构、应用等方面所面临的挑战。 有序介孔材料 有序介孔材料是指孔道规则且有序排列的介孔材料，早在1971年介孔材料的合成工作就已开始，日本的科学家们在1990年之前也已通过层状硅酸盐在表面活性剂存在下转化开始介孔材料合成，1992年Mobil的报导才引起人们的广泛注意，并被认为是介孔材料合成的真正开始。Mobil 使用表面活性剂作为模板剂，合成了M41S 系列介孔材料，包括MCM-41（六方相）、MCM-48（立方相）和MCM-50（层状结构）。 经过近二十年的全球性科学家的团结努力和辛苦工作，介孔材料的研究工作发展极快，并且成效显著，涉及到合成、结构、性质、应用等各个方面，参与研究的科学家专业分布极其广泛，介孔材料研究是近年来少有的受人瞩目且快速发展的研究领域。 有序介孔材料的优势 有序介孔材料的优势在于材料的独特的介孔结构（均一孔道尺寸及形状、高比表面、大孔体积）和合成过程简单，合成可重复，原料价格低廉，容易直接合成各类等级的可控结构，如薄膜、粉末、块体、微球、纤维、纳米级材料、各种微观形貌。介孔材料的组成容易多样化，易掺杂。尤其是二氧化硅基材料，表面羟基反应活性高，容易用各种有机基团修饰。 合成化学与结构及性质的研究 起初介孔材料的合成化学的研究以介孔二氧化硅材料为主，后来被开展到其它组成。合成机理的研究也是以二氧化硅体系为主要对象，根据不同的合成条件及体系，主要生成机理包括：从层状结构的转化、无机－有机静电作用、表面活性剂分子堆积参数的主导作用的协同自组装、真正液晶模板。 在上述机理的指导下，介孔材料合成工作迅速展开。材料组成从硅酸盐系列扩展到非硅酸盐无机系列，后来又到有机－无机杂化材料、有机材料、碳材料。典型的硅酸盐系列材料的骨架为无定形的，具有沸石结构单元的预合成的微粒或晶体可以被用来组成介孔材料的骨架，而有些易结晶的氧化物的介孔材料在合成过程或后处理过程中直接晶化导致介孔材料的骨架含有纳米级晶体。模板剂也从最初简单的阳离子表面活性剂扩展到复杂的阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、高分子聚合物、阴离子表面活性剂，甚至各类非表面活性剂。新模板方法的开发，新合成原料（前驱物）和表面活性剂的选择和组合等仍有许多研究工作需要完成。 合成方法也多样化，如evaporation induced self-assembly (EISA)（常被作为合成薄膜材料的首选方法），多种合成策略的运用（如硬模板的应用）。今后介孔材料合成在很大程度上应该从有机合成、高分子聚合、大分子及生物分子的自组装，以及固体材料合成借鉴更多的方法与策略。 典型材料从M41S材料发展出包括SBA系列、FDU系列、KIT系列等等。介孔材料的结构也从最初的二维六方相（MCM－41）和立方相（Ia3d，MCM-48）扩展到几乎所有可能的介观结构：p6mm,

多孔材料研究进展.

多孔材料研究进展 1前沿 根据国际纯粹化学与应用化学联合会的规定 1, 由孔径的大小, 把孔分为三类:微孔 (孔径小于 2nm 、介孔(2~50nm 、大孔(孔径大于 50nm ,如图 1所示。同时,孔具有各种各样的类型(pore type和形状(pore shape ,分别如图 2, 3所示。在一个真实的多孔材料中, 可能存在着一类, 两类甚至三类孔了。在这片概述中, 我们把多孔材料 (porous materials 分为微孔材料 (microporous materials、介孔材料 (mesoporous materials、大孔材料 (macroporous materials ,将分别对其经典例子、合成方法,及其应用予以讨论。

Figure 1 pore size Figure 2 Pore type Figure 3 Pore shape 2 多孔材料 2.1 微孔材料 (microporous materials 典型的微孔材料是以沸石分子筛为代表的。在这里我们要举金属 -有机框架化合物 MOFs (metal-organic frameworks 的例子来给予介绍。 MOF-52是这类材料中的杰出代表, 是 Yaghi 小组在 1999年最先合成出来的。以 Zn (NO 3 2·6H 2O 和对苯二甲酸为原料,通过溶剂热法合成了非常稳定(300℃,在空气中加热 24小时,晶体结构和外形保持不变、具有很高孔隙率(0.61-0.54 cm3 cm-3 、密度很小(0.59gcm 3的多孔材料 MOF-5。如图 4所示分别是 MOF-5的结构单元及其拓扑结构。在MOF-5中, Zn 4(O(BDC3构成了次级构筑单元 SBU(second building unit, SBU通过

巯基功能化短孔道有序介孔材料HS-Zr-Ce-SBA-15的合成及吸附性能

巯基功能化短孔道有序介孔材料ＨＳ－Ｚｒ－Ｃｅ－ＳＢＡ－１５的合成及吸附性能＊ 袁金芳１，２，李健生１，王　放１，顾　娟１，孙秀云１，韩卫清１，王连军１（１．南京理工大学环境科学与工程系，江苏南京２１００９４； ２．河南大学精细化学与工程研究所，河南开封４７５００１） 摘　要：　以Ｐ１２３为模板剂，正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）为硅源，氧氯化锆和硝酸亚铈为无机前驱盐，３－巯基丙基－三甲氧基硅烷（ＭＰＴＭＳ）为硅烷化试剂，通过一步共缩聚法合成了巯基功能化短孔道有序介孔材料ＨＳ－Ｚｒ－Ｃｅ－ＳＢＡ－１５（ＨＳ－ＺＣＳ）。采用红外光谱（ＦＴ－ＩＲ）、小角Ｘ射线衍射（ＬＸＲＤ）、透射电镜（ＴＥＭ）、扫描电镜（ＳＥＭ）、Ｎ ２ 吸附／脱附、热重分析（ＴＧ）等手段对ＨＳ－ＺＣＳ进行了表征。结果表明ＭＰＴＭＳ成功地引入到有序介孔材料上，ＨＳ－ＺＣＳ仍保持了类似于传统ＳＢＡ－１５高度有序的二维六方相介孔结构。对罗丹明６Ｇ的吸附实验表明，这种功能化短孔道介孔材料表现出比传统的长孔道ＳＢＡ－１５有更好的传输能力。 关键词：　功能化短孔道ＳＢＡ－１５；巯基；介孔材料；合成；吸附 中图分类号：　Ｏ６１３．７２；Ｏ６４７．３３文献标识码：Ａ文章编号：１００１－９７３１（２０１１）０９－１７１４－０５ １　引　言 ＳＢＡ－１５介孔材料具有大的比表面积和孔容，规则的孔道，易于修饰的表面等特性使其在催化、有机大分子的吸附分离和生物医药等领域具有重要应用价值，备受国内外研究人员的关注［１－５］。传统ＳＢＡ－１５呈棒状或纤维状［６］，孔道较长（１～２μｍ），不利于物质的传递和扩散［７，８］。因此，合成短孔道ＳＢＡ－１５型介孔材料已成为人们关注的焦点［９，１０］。然而，由于纯硅ＳＢＡ－１５呈化学惰性，仅依靠介孔骨架二氧化硅的性能已难满足使用要求［１１］，有必要对其进行有机功能化修饰。Ｓｕｊａｎｄｉ等［１２，１３］通过共缩聚合成了六方片状形貌氨基功能化的ＳＢＡ－１５并应用于碱催化反应；Ａｇｕａｄｏ等［１４，１５］直接合成了巯基改性的ＳＢＡ－１５，并对具有不同结构的巯基改性材料的吸附性能进行了研究；Ｃｈｅｎ等［１１，１６］合成了有机功能化的短孔道盘状ＳＢＡ－１５，用于有机大分子的吸附及碱性催化。研究结果显示，短孔道板状ＳＢＡ－１５显示出比传统的ＳＢＡ－１５更好的传递运输能力。 利用Ｚｒ、Ｃｅ无机盐前驱体自身水解产生的酸催化ＴＥＯＳ水解，在不外加无机强酸的条件下合成出具有 六方板状形貌、短孔道的有序介孔材料［１７］。本文在前期研究的基础上，通过一步共缩聚法得到了巯基功能化的短孔道有序介孔材料。并利用对罗丹明６Ｇ的吸附作为探针反应，证实了功能化短孔道ＨＳ－Ｚｒ－Ｃｅ－ＳＢＡ－１５显示出比传统的长孔道ＳＢＡ－１５更好的吸附能力。 ２　实　验 ２．１　试剂与原料 正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ，Ａｌｄｒｉｃｈ分析纯）；嵌段共聚物Ｐ１２３（ＰＥＯ ２０ＰＰＯ７０ＰＥＯ２０ ，分子量５８００，ＢＡＳＦ）；３－巯基丙基－三甲氧基硅烷（ＭＰＴＭＳ，≥９５％，武汉天 目科技发展有限公司）；氧氯化锆（ＺｒＯＣｌ ２ ·８Ｈ ２Ｏ ，ＡＲ，国药集团化学试剂有限公司）；硝酸亚铈（Ｃｅ （ＮＯ ３ ） ３ ·６Ｈ ２Ｏ ，ＡＲ，国药集团化学试剂有限公司）； 罗丹明６Ｇ（ＲＭ，Ｃ ２８Ｈ３１Ｎ２Ｏ３Ｃｌ ，上海精析化工科技有限公司）；甲苯（分析纯）；盐酸（分析纯）。 ２．２　巯基功能化短孔道介孔材料ＨＳ－Ｚｒ－Ｃｅ－ＳＢＡ－１５的合成 将一定量的Ｐｌｕｒｏｎｉｃ　Ｐ１２３溶解于去离子水中于３５℃下搅拌，形成胶束溶液后加入ＴＥＯＳ、ＺｒＯＣｌ２·８Ｈ２Ｏ、Ｃｅ（ＮＯ３）３·６Ｈ２Ｏ和一定量的ＭＰＴＭＳ，所加物料摩尔比为ｎ（Ｐ１２３）∶ｎ（ＴＥＯＳ）∶ｎ（ＭＰＴＭＳ）∶ｎ （Ｈ ２Ｏ ）∶ｎ（ＺｒＯＣｌ ２ ·８Ｈ ２Ｏ ）∶ｎ（Ｃｅ（ＮＯ ３ ） ３ ·６Ｈ ２Ｏ ）＝０．０１０１５∶１∶０．０１１１１∶１７０∶０．０５∶０．０５。此混合物继续在３５℃下恒温搅拌２０ｈ后，转入聚四氟乙烯作内衬的晶化釜中，于１００℃下晶化２４ｈ，晶化后的产物经冷却、过滤、洗涤、６０℃隔夜干燥。模板剂的去除采用９５％的乙醇（１５０ｍＬ／ｇ）抽提２４ｈ，过滤，用乙醇和水多次洗涤，８０℃干燥。得产品ＨＳ－Ｚｒ－Ｃｅ－ＳＢＡ－１５（ＨＳ－ＺＣＳ）。 为了研究巯基功能化短孔道介孔材料ＨＳ－ＺＣＳ与长孔道ＳＢＡ－１５的性能差别，参照参考文献［６］合成了巯基功能化的长孔道介孔材料，样品记作ＨＳ－ＳＢＡ－１５。２．３　吸附实验 取一定量罗丹明６Ｇ溶于二次蒸馏水中，配制成一定浓度的储备液。取５０ｍＬ罗丹明６Ｇ溶液（０．２５ ４１７ １２０１１年第９期（４２）卷 ＊基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１０７８１８４）；高等学校科技创新工程重大项目培育资金资助项目（７０８０４９）；江苏省自然科学基金资助项目（ＢＫ２００９３９２）；南京理工大学自主科研专项计划资助项目（２０１０ＺＤＪＨ０３）收到初稿日期：２０１１－０１－１１收到修改稿日期：２０１１－０４－１４ 通讯作者：王连军 作者简介：袁金芳　（１９６４－），女，河南虞城人，在读博士，师承王连军教授，主要从事功能材料的研究。

介孔材料简介

介孔材料简介 摘要：介孔材料作为一种新兴的材料在光化学、催化及分离等领域具有十分重要的应用,是当今研究的热点之。本文阐述了介孔材料的研究进展,概述了介孔材料的分类及合成机理,并展望了介孔材料的应用前景，并简要介绍了孔径调节以及改性方法。 关键词：介孔材料，模板法，溶胶-凝胶法，合成机理，孔径调节Research development of mesoporous materials Abstract:Mesoporousmaterial is of much use in the fields of photochemistry, catalyst and separationetc, and it is one of hot spots of research. The research p rogress of the mesoporous materials is reviewed in this paper. And the classification and synthesis mechanism of the mesoporousmaterials are also outlined. The potential application foreground of the mesoporousmaterial is discussed as well.And briefly describes the aperture adjustment and modification methods. Key words：mesoporousmaterials; template method; sol - gel methods synthesis mechanism ;aperture adjustment 1 前言 人类社会的进步与材料科学的发展密切相关[ 1, 2 ],尤其是近几十年中,出现了许多具有特殊功能的新材料,其中介孔材料就是一种。介孔材料是指孔径为2. 0～50nm的多孔材料,如气凝胶、柱状黏土、M41S 材料。上世纪九十年代以来,有序介孔材料由于其特殊的性能已经成为目前国际上跨学科的研究热点之一[ 3 ]。从最初的硅基介孔材料到其他非硅基介孔材料,各种形貌与结构的介孔材料已制备出来[ 4 ]。目前有关介孔材料的研究还处于起步阶段,制备工艺、物理化学性质=质尚需进一步开展和改进。但是,由于它具有较大的比表面积,孔径极为均一、可调,并且具有维度有序等特点,因而在光化学、生物模拟、催

介孔材料的研究及应用

材料化学1112班张高洁 1120213236 介孔材料的研究及应用 摘要:介孔材料是当前具有广泛应用前景的一类新材料, 具有大的比表面积和孔体积、高的机械稳定性和化学稳定性、良好的导电性等特点,在分离提纯、生物材料、化学合成及转化的催化剂、半导体、计算机、传感器件、超轻结构材料等许多领域有着潜在的用途,成为了当今国际上的一个研究热点.本文阐述了介孔材料目前的研究进展,概述了介孔材料的分类、特点，合成方法及机理，表征手段，应用等，从而展望了介孔材料的应用前景。 关键词:介孔材料;分类;特点；合成方法及机理;表征方法;应用 1 介孔材料的分类 介孔材料按材料的组成大致分为两类:“硅基”介孔材料和“非硅”介孔材料。“硅基”介孔材料即构成骨架的主要成分是二氧化硅,“硅基”的介孔材料又包括纯硅的和掺杂有其它元素的两类介孔材料。“非硅”介孔材料即骨架组成为非硅的其他氧化物或金属等介孔材料。 2 介孔材料的特点 介孔材料具有独特的优点：1.孔道高度有序，均一性好，孔道分布单一，孔径可调范围宽。2.具有较高的热稳定性和水热稳定性。3.比表面积大，孔隙率高。 4.通过优化可形成不同结构，骨架，性质的孔道，孔道形貌具有多样性。 5.可负载有机分子，制备功能材料。 3 介孔材料的合成方法及机理 目前合成介孔材料的方法很多，如：溶胶凝胶法，水热合成法，微波辐射合成法，相转变法及沉淀法等，其中以前两种方式应用最多。介孔材料的合成机理，为各种合成路线提供了理论基础。在所提出的各种机理中,有一个共同的特点是溶液中表面活性剂引导溶剂化的无机前驱体形成介孔结构。这些表面活性分子中存在两种基团:亲水基和疏水基。为减少不亲和基之间的接触,溶液中的表面活性剂分子通过自组装的方式聚集起来形成胶束,以降解体系的能量。 3. 1 液晶模板机理

有序介孔材料

有序介孔材料 姓名： 班级： 学号： 专业：

摘要： 有序介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料，它一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。由于其具有大的表面积和相对大的孔径以及规整的孔道结构，介孔材料在催化、储能和分离吸附领域有独特的应用地位。以下我将主要从有序介孔材料的背景特点、有序介孔材料的应用以及未来展望来介绍一下有序介孔材料。 关键词：有序介孔材料、催化领域、储能、分离吸附 一、有序介孔材料的背景及特点的简介 定义：有序介孔材料是以表面活性分子聚集体为模板，通过有机物与无机物之间的界面作用组装生成的孔道结构规则、孔径介于2-50nm的多孔材料。 1、发展历史 1992年Mobil公司的科学家首次报道合成了MCM（Mobil Com- position of Matter）-41介孔分子筛，揭开了分子筛科学的新纪元。1994年，Huo等在酸性条件下合成出APMs 介孔材料，结束MCM系列只能在碱性条件下进行的历史，拓展了人们对模板法合成介孔材料的认识。介孔材料合成的突破性进展是酸性合成体系中使用嵌段共聚物（非离子表面活性剂)为模板，得到孔径大、有序程度高的介孔分子筛SBA-15 。1996年Bagshaw等采用聚氧乙烯表面活性剂，N0I0非离子型合成路线，首次合成出介孔分子筛Al2O3。其表面积可达600 m2/g，去除模板剂后的热稳定性可达700℃。1998年Wei等首次以非表面活性剂有机化合物（如D-葡萄糖等）为模板剂制备出具有较大比表面积和孔体积的介孔二氧化硅。 2、有序介孔材料的合成 目前介孔材料的合成方法主要有硬模板法和软模板法。如下图1是软模板法，图2是硬模板法。

有序介孔材料应用

T. J. Pinnavaia：采用非离子取代先前的CTAB或CTAC离子型表面活性剂合成了无序的介孔分子筛HMS与MSU G. D. Stucky：SBA-n系列分子筛篇篇都上Nature和Science，霍启升，赵东元，Yang Peidong。介孔材料的合成机理上（和霍一起干的），以及三篏段共聚物为模板合成水热稳定的介孔材料（和赵一起的，特别是SBA－15）。 Ryoo：韩国这边Kaist，介孔碳分子筛 介孔薄膜的合成：无疑sol－gel 的大师人物该出来说话了。其中Brinker C. J.和Sanchez C.无疑是最杰出的。Brinker搞有机硅的溶胶凝胶出来的，工作当然主要集中在介孔SiO2薄膜上 有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时，能够改善固体酸催化剂上的结炭，提高产物的扩散速度，转化率可达90％，产物的选择性达100％。除了直接酸催化作用外，还可在有序介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的过渡元素、稀土元素或者负载氧化还原催化剂制造接枝材料。这种接枝材料具有更高的催化活性和择形性，这也是目前开发介孔分子筛催化剂最活跃的领域。 有序介孔材料由于孔径尺寸大，还可应用于高分子合成领域，特别是聚合反应的纳米反应器。由于孔内聚合在一定程度上减少了双基终止的机会，延长了自由基的寿命，而且有序介孔材料孔道内聚合得到的聚合物的分子量分布也比相应条件下一般的自由基聚合窄，通过改变单体和引发剂的量可以控制聚合物的分子量。并且可以在聚合反应器的骨架中键入或者引入活性中心，加快反应进程，提高产率。

在环境治理和保护方面用于降解有机废料，用于水质净化和汽车尾气的转化处理等。在高技术先进材料领域，用于贮能材料用于功能纳米客体在介孔材料中的组装。 国际上纳米领域：王中林，夏幼南，杨培东 1. 介孔材料的诞生－－1992年MS41系列分子筛(典型的是MCM-41,MCM-48,MCM-50)的合成（严格来讲，应该是1991年日本人合成出来）：Nature. 1992, 359, 710-712（J. S. Beck） J Am Chem Soc. 1992, 114: 10834-10843（J. S. Beck） Science. 1993, 261: 1299-1303(霍启升） 2.介孔材料制备的另一里程碑－－1998年赵东元合成了SBA-15 Science. 1998, 279: 548-552（赵东元） J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6024-6036 （赵东元） 3.通过硬模板法合成炭基介孔材料，也是一大重要成绩－－1999年由韩国人刘龙完成： J Am Chem Soc. 2002, 124: 1156-1157( Ryoo R.) 介孔相关的几个牛人的课题组： https://www.sodocs.net/doc/439114378.html,/mrl/info/publications/（G. D. Stucky) https://www.sodocs.net/doc/439114378.html,/~pinnweb/（Thomas J. Pinnavaia） https://www.sodocs.net/doc/439114378.html,/staff/GAO/flashed/menu.htm（Ozin's group）https://www.sodocs.net/doc/439114378.html,/~dyzhao/（赵东元） http://rryoo.kaist.ac.kr/pub.html (韩国刘龙（R. Ryoo）) https://www.sodocs.net/doc/439114378.html,.sg/~chezxs/Zhao/publication.htm（新加坡赵修松Xiusong Zhao) http://www.ucm.es/info/inorg/inv... iones/2001/2001.htm (西班牙M. Vallet-Regi 首先把介孔材料应用到药物缓释） 因为以前不小心把自己的收藏夹弄没了，所以有还有几个课题组现在没有了链接，但是其课题负责人还是记得：台湾的牟中原和他的弟子林弘平；上海硅所的施剑林；吉林大学的肖丰收和裘式伦；大化所的包信和（涉及得不多） 推荐几篇介孔材料重要的综述： Chem. Mater. 1996, 8, 1147-1160 Surfactant Control of Phases in the Synthesis of Mesoporous Silica-Based Materials(Stucky和霍启升表面活性剂的堆积参数和结构的关系） Chem. Rev. 1997, 97, 2373-2419 From Microporous to Mesoporous Molecular Sieve Materials and Their Use in Catalysis（主要介绍介孔作催化载体的应用） Chem. Rev. 2006, 106, 3790-3812 Advances in the Synthesis and Catalytic Applications of Organosulfonic-Functionalized Mesostructured Materials

有机高分子有序介孔材料的研究现状

有序有机高分子介孔材料的研究进展及应 用前景 冯恩科091623 （同济大学材料科学与工程学院，上海201804） 摘要：有序有机高分子介孔材料是当前具有广泛应用前景的一类新材料，在分离提纯、生物材料、化学合成及转化的催化剂、超轻结构材料等许多领域有着潜在的用途，成 为了当今国际上的一个研究热点。本文阐述了有序有机高分子介孔材料目前的研 究进展，概述了介孔材料的分类、有序有机高分子介孔材料的合成方法、表征手 段，应用，展望了有序有机高分子介孔材料的应用前景。 关键词：有序有机高分子介孔材料合成方法表征方法应用 The research development and application prospects of polymericordered mesoporousmaterials FENG Enke 091623 （School of Materials Science and Engineering, Tongji University ,Shanghai 201804）Abstract:As a class of new materials ,polymeric ordered mesoporous materials , which possess current wide prospects for potential uses , such as separation and purification , biological material , chemical synthesis and conversion catalysts , the materials of ultra - light structure and many other areas , have become an international hot spot . In this article , the research development of polymeric ordered mesoporous materials is introduced. Many aspects of polymeric ordered mesoporous materials are outlined , such as classification , synthesis methods, characterizing methods , and applications. It is showed that the polymeric orderedmesoporous materials have wide applicationprospects. Key words:polymeric ordered mesoporous materials;synthesis methods; characterizing methods ; applications 1、前言 多孔材料的最初定义源自于其吸附性能，分子筛(molecular sieve) 即得名于此，McBain 于1932年提出，用于描述一类具有选择性吸附性能的材料。因此，通常以孔的特征来区分不同的多孔材料，国际纯粹和应用化学协会( IUPAC) 根据多孔材料孔径（d）的大小，把多孔材料分为三类，微孔材料(microporous materials ，d < 2 nm) 、介孔材料(mesoporous materials ，2 < d < 50 nm) 和大孔材料(macroporous materials ，d > 50 nm) ，而根据结构特征，多孔材料可以分为两类:无序孔结构材料(无定形) 和有序孔结构材料(一定程度有序) 。

介孔材料概述

关于介孔材料的综述 人类社会的进步与材料科学的发展密切相关[ 1, 2 ],尤其是近几十年中,出现了许多具有特殊功能的新材料,其中介孔材料就是一种。介孔材料是指孔径为2. 0～50nm的多孔材料,如气凝胶、柱状黏土、M41S 材料。上世纪九十年代以来,有序介孔材料由于其特殊的性能已经成为目前国际上跨学科的研究热点之一[ 3 ]。从最初的硅基介孔材料到其他非硅基介孔材料,各种形貌与结构的介孔材料已制备出来[ 4 ]。目前有关介孔材料的研究还处于起步阶段,制备工艺、物理化学性质=质尚需进一步开展和改进。但是,由于它具有较大的比表面积,孔径极为均一、可调,并且具有维度有序等特点,因而在光化学、生物模拟、催化、分离以及功能材料等领域已经体现出重要的应用价值。有序介孔材料具有较大的比表面积,相对大的孔径以及规整的孔道结构,在催化反应中适用于活化较大的分子或基团,显示出了优于沸石分子筛的催化性能。有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时,能够减少固体酸催化剂上的结炭,提高产物的扩散速度。另外,还可在有序介孔材料骨架中引入金属离子及氧化物等改变材料的性能,以适用于不同类型的催化反应。 一、介孔材料的概述 介孔材料是指孔径介于2-50nm，具有显著表面效应的多孔碳。由其定义可知，介孔材料不仅指孔径大小和纳米尺度，孔隙率和表面效应也是一个重要参数。介孔材料的平均孔径和孔隙率可在较大范围内变化，这取决于所研究的与表面有关的性能。对于具有介观尺度孔径

2-50nm的介孔固体，对应的临界表面原子分数大于20％，其最小孔隙率必须大于40％。一般，平均孔径越大，最小的孔隙率也越大。纳米颗粒复合的介孔碳的复合体系，是近年来纳米科学应用性越来越引人注目的前沿领域。例如，在水的净化处理中采用复合介孔碳可使净化效率大大提高，光电碳中使用复合介孔碳有利于新功能的发挥等等。 二、介孔材料的分类 按照化学组成分类，介孔碳一般可分为硅系和非硅系两大类。 1. 硅基介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则，并且技术成熟，研究颇多。硅系材料可用催化，分离提纯，药物包埋缓释，气体传感等领域。硅基材料又可根据纯硅和掺杂其他元素而分为两类。进而可根据掺杂元素种类及不同的元素个数不同进行细化分类。杂原子的掺杂可以看作是杂原子取代了原来硅原子的位置，不同杂原子的引入会给材料带来很多新的性质，例如稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的变化等等。 2. 非硅系介孔材料主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等。如TiO2、Al2O3 、ZnS[5]、磷酸铝铬锆(ZrCrAlPO)和磷酸铝铬(CrAlPO)[6],它们一般存在着可变价态，有可能开辟介孔材料新的应用领域。由于它们一般存在着可变价态，有可能为介孔材料开辟新的应用领域，展示硅基介孔材料所不能及的应用前景。例如：铝磷酸基分子筛材料中部分P被Si取代后形成的硅铝磷酸盐

酶在有序介孔材料上的固定化

84 CPCI 中国石油和化工 化工设计 酶在有序介孔材料上的固定化 焦志勇 （南京工业大学　江苏南京　211800） 摘 要：目前，对酶在有序介孔材料上的固定化研究取得了巨大进步，研究人员通过对酶在有序介孔材料上固定化的研究，发现了各种方法的优缺点及其在实践中的应用。这对石油的开采和利用具有重要的意义。具体分析石油受有序介孔材料固定化酶的活性及因素的影响，并分别讨论了这些因素，以促进酶在有序介孔材料上固定化的发展，进一步挖掘固定化酶潜在的应用价值，使之最大限度地为现代化石油工业服务。 关键词：有序介孔材料石油酶固定化 1 酶固定化的意义 酶广泛应用于各种领域，它是一种生物催化剂，具有很高的专一性。需在温和的条件下反应，具有很高的催化效率。但因游离酶自身的特点，其应用容易受到限制。它具有难以回收、稳定性差、不易循环利用和易混入产品等特点。经过实践表明，酶固定化后，酶的热稳定性和PH 稳定性会大大提高，在各种领域被广泛应用。因此，对酶在有序介孔材料上的固定化研究具有重要的现实意义，且发展前景广阔。 2 酶在有序介孔材料上的固定化概括 近几年，酶在有序介孔材料上的固定化有很多载体，常见的有：天然产物、凝胶、分子筛及树脂等。在物理和化学性质上面，无机载体比有机载体具有较大的优势。有序介孔材料是一种无机材料，具有很多优势，例如：它具有可以调变的孔径，化学稳定性高，成本低等特点。被广泛应用于各行各业。有序介孔材料的发现，使它作为一种新的载体，在酶的固定化方面具有很大的发展前景。 3 酶在有序介孔材料上的固定化方法 目前，酶在有序介孔材料上的固定化方法主要有3种，分别为：化学键合法、包埋法和直接物理吸附法。 3.1 化学键合法 有机集团能够在温和条件下，在载体表面上与酶反应，这是化合键合法固定化酶的前提。其中有机集团可以是：乙烯、羧基、氨丙基和环氧基等。通过后嫁接法和共聚合法这两种方法可以在有序介孔材料表面引入有机集团。后嫁接法的特点是：对有序介孔材料表面的修饰不均匀，外表面上有大量的修饰基，因此，将大量的酶固定到载体外表面上及孔道口处，会使更多的酶受到阻碍，不能进入有序介孔材料的孔道。 化学键合法固定化酶的优点是：固定化酶的操作稳定性大大提高了。有序介孔材料化学键合法固定化酶经过修饰后，对尺寸有一定的选择性。 3.2 包埋法 包埋法是指在有序介孔材料的孔道内部吸附酶分子，使孔口尺寸改变，且小于酶分子直径，从而达到在有序介孔材料孔道内将酶包埋在的目的。这种方法的使用，可以有效避免物理吸附方法中酶的脱落。 生物学家在缓冲剂溶液中放入MCM-41及胰蛋白酶，使酶吸附在载体上，在分离载体及溶液后，继而进行硅烷化修饰，修饰用的酶为3-氨丙基三乙氧基硅烷。这种方法的目的是减少孔口直径，使酶很难从载体孔道内流出。 经过研究发现，包埋法能够避免酶分子从孔道内流出，但对酶而言，由于硅烷化反应条件剧烈，酶会失去活性。此外由于有序介孔材料的孔道口直径减小，反应产物及底物出入孔道受到限制，从 而降低了固定化酶的活性。 3.3 直接物理吸附法 直接物理吸附法是指：将有序介孔材料和酶溶液充分接触，在载体上吸附到酶。这由于它主要依靠载体与酶之间的范德华力和静电吸引力，酶的结构不易受到影响，且不易破坏酶的活动中心和高级结构。因此，这种方法使酶的活性不易损失。但是，因为有较弱的酶固定化作用力，所以当温度、溶液离子强度和PH 值、及剧烈搅拌等条件改变时，酶分子很容易从有序介孔材料的载体上脱落。 通过对直接吸附在纯硅和SBA-15上胰蛋白酶的研究发现，酶极易从载体上脱落，在缓冲液中搅拌2小时后，有32%-35%的酶会脱落。 对酶在有序介孔材料上的直接物理吸附法的研究表明，酶的直接物理吸附对尺寸有一定的选择性。在有序介孔材料SBA-15上固定化粗脂肪酶，粗脂肪酶中含有脂肪酶和蛋白酶，最终发现在SBA-15上有90%的脂肪酶被吸附，但在载体上吸附的蛋白酶量仅为20%。此外，酶吸附在有序介孔材料孔道内，可以使酶的稳定性提高。 酶只有进入介孔材料的孔道内部，介孔分子筛的大孔容积和大比表面积才能被酶有效地利用。因为酶的吸附形式和吸附速度对酶的固定化效率有很大的影响，所以应加大对酶的吸附形式和速度的研究。 3.4 酶的其他固定化法 这种方法主要是将其他一些新型的固定化法与以上3种固定化方法结合起来。例如冷冻真空吸附法及先吸附再交联的方法等。冷冻真空吸附法与普通的方法相比，使固定化酶在载体上具有较高的吸附量、稳定性及活性。先吸附再交联的方法能有效地阻止酶从分子筛孔道内流出来，固定化酶不会因为溶液的剧烈搅动，而改变其活性。 4 总结 对有序介孔材料上的固定化酶的研究，大大提高了对石油的开采和利用效率。在石油、医药等方面具有广阔的发展前景，对我国的经济发展将产生重要影响。我们应加大对这种技术的研究，使它广泛应用于各种领域。有序介孔材料上的固定化酶在石油领域具有重要的研究价值。另一方面，因为载体与酶之间有多种相互作用力，这些作用力的有效利用，能提高载体上生物酶的附着力，从而使固定化酶的稳定性大大提高，在石油的开采和利用方面能起到举足轻重的作用。 参考文献：[1] 许云强， 有序介孔材料对脂肪酶的固定及对药物控释的研[J]山东轻工业学院学报.2009 [2] 田修营，何文，赵洪石等.介孔材料的研究进展及应用前景[J].山东轻工业学院学报.2008.

氨基功能化介孔氧化硅材料的制备 2

氨基功能化介孔氧化硅材料的制备 摘要 介孔氧化硅材料由于其较大的孔容和比表面积，较好的生物相容性和无毒性等优点，受到越来越多研究者的关注。有机-无机介孔材料也称为PMOs（Periodic Mesoporous Organosilicas）是采用共缩聚的方法以桥联的有机硅酯作为硅源前体，将有机基团键合在材料的骨架中，可以使有机基团更均匀地分布在材料的骨架中并且不会堵塞孔道。PMOs 材料规则的孔道分布、可调的孔道微环境、丰富的有机基团等性质赋予了其潜在的应用前景，尤其在药物负载中显示了独特性能。双模型介孔材料（BMMs）是一种新型介孔材料，它具有双孔道结构：3 nm 左右的蠕虫状一级孔与10-30 nm左右的球形颗粒堆积孔。由于BMMs有别于单一孔道介孔材料，具有结构可控和粒度可控等许多独特性质，通过进一步表面改性，能够针对特定的药物分子，尤其是不溶性药物分子进行装载与可控释放，具有很好的专一性。 关键词：双模型介孔材料；氨基功能化；载药

Abstract Mesoporous silica materials due to its larger surface area, pore volume, advantages of good biocompatibility and non-toxic got more and more attention from researchers. Organic-inorganic mesoporous materials is also known as PMOs (Periodic Mesoporous Organosilicas) is using the copolycondensation method to bridging the silicone ester as a silicon source precursor, The organic group bonded in the skeleton material can make the organic groups more evenly distributed in the frame of material and will not block channel. PMOs material rules of channel distribution, adjustable pore micro environment, abundant organic groups leading to its potential application, especially shows the unique performancei n drug load. Bimodal mesoporous material (BMMs) is a new mesoporous material consisting of worm-like mesopores of 3nm as well as large inter-particles pores around 10-30 nm. Different from mesoporous materials with only one pore distribution, BMMs could realize the loading and controlled release of specific drug molecules, especially for the insoluble drugs, through surface modification, due to the unique characteristics such as the controllable structure and particles size. Keywords: Bimodal mesoporous material; Amino functionalization; drug

介孔材料常用的表征方法[1]

介孔吸附材料常用的表征方法 摘要：介孔材料具有优越的性能和广泛的应用价值，成为各个领域研究的热点。本文简单介绍了介孔材料在吸附方面的应用以及常用的表征方法，如XRD、电镜分析、热重分析、BET法等。 关键词：介孔材料、吸附、XRD、BET、电镜分析 介孔材料是一种具有多种优良性质，应用广泛的新型材料。新型介孔吸附材料具有吸附容量大，选择性高，热稳定性好等[1]优点，成为研究的热点。对于气体的分离，如CO2的吸附（缓解温室效应）具有重要意义。 1.介孔吸附材料的简介 1.1介孔材料 介孔材料是一种多孔材料，IUPAC分类标准规定孔径2.0～50nm的为中孔，也就是介孔[2]。随着不断深入的研究，从最初的硅基介孔材料到现在各种各样的非硅基介孔材料被制备出来，并广泛应用于催化剂制备，新型吸附材料等行业。最初的介孔材料源于沸石，沸石是指多孔的天然铝硅酸盐矿物。这类矿物的骨架中含有结晶水，骨架结构稳定，在结晶水脱附或吸附时都不会被破坏掉[2]。后来人们根据沸石的性质结合实际需要相继合成了人造沸石（分子筛）。目前以SiO2为基础合成的介孔材料成为国际众多领域研究的热点。主要的研究方法是通过浸渍的方法在分子筛上负载相应的有机物分子，优化分子筛的表面特性，如较高的吸附容量，好的选择性及较多的活性位等，在生物材料，吸附分离，催化，新型复合材料等领域具有重要的应用价值和前景。 介孔材料具有独特的有点[3,4]：①孔道高度有序，均一性好，孔道分布单一，孔径可调范围宽。②具有较高的热稳定性和水热稳定性。③比表面积大，孔隙率高。④通过优化可形成具有不同结构、骨架、性质的孔道，孔道形貌具有多样性。 ⑤可负载有机分子，制备功能材料。 1.2新型吸附材料 上世纪90年代，Mobil Oil公司以二氧化硅作为主要氧化物，用长链烷基伯胺作模板剂，水热法制备出含有均匀孔道，孔径可调，呈蜂窝状的MCM-41介孔材料。它具有孔道呈六方有序排列、大小均匀、孔径可在2～10nm内连续调节，比表面积大等特点[2]，对于开发新型的吸附剂具有重要意义。目前，研究的热点是由负载改性的介孔材料制备出选择性高、吸附容量大、热稳定性好、再生容易的复合吸附材料。研究较多的是用有机胺改性的MCM-41和SBA-15介孔材料制备高效的CO2吸附剂[5]。研究发现二异丙醇胺通过浸渍的方法负载到MCM-41和SBA-15上可显著提高其吸附容量，XRD图像说明负载前后的吸附剂孔径结构并未发生改变，负载不同的胺可得到不同的吸附效果[6]。 2.常用的表征方法

功能化介孔二氧化硅纳米材料的应用

Hans Journal of Nanotechnology纳米技术, 2019, 9(3), 93-100 Published Online August 2019 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/439114378.html,/journal/nat https://https://www.sodocs.net/doc/439114378.html,/10.12677/nat.2019.93011 Application of Functionalized Mesoporous Silica Nanomaterials Zhengdong Yan*, Xiaolei Liang, Huiling Tang, Qiang Xiao Key Laboratory of the Ministry of Education for Advanced Catalysis Materials, Institution of Advanced Fluorine-Containing Materials, Zhejiang Normal University, Jinhua Zhejiang Received: Jul. 28th, 2019; accepted: Aug. 9th, 2019; published: Aug. 16th, 2019 Abstract Mesoporous silica nanomaterials have a unique structure and are easy to be modified by surface functionalities. They can be combined with materials of different functions to form a new type of material with specific purposes and have a wide range of uses. In this review, we discuss several methods for synthesizing functionalized mesoporous silica and its special nanostructures. Com-bined with the latest literature, we introduced some applications of functionalized mesoporous si-lica nanoparticles in environmental protection, industrial catalysis, and as drug carriers. Keywords Mesoporous Silica, Nanomaterials, Functionalization, Application 功能化介孔二氧化硅纳米材料的应用 闫正东*，梁晓蕾，汤会玲，肖强 浙江师范大学，含氟新材料研究所，先进催化材料教育部重点实验室，浙江金华 收稿日期：2019年7月28日；录用日期：2019年8月9日；发布日期：2019年8月16日 摘要 介孔二氧化硅纳米材料结构独特，易于表面功能化修饰，能够结合不同功能的材料形成具有特定用途的新型材料，用途极为广泛。这篇综述讨论了几种合成功能化介孔二氧化硅的方法，以及其特殊的纳米结构。还结合最新文献，介绍了一些功能化介孔二氧化硅纳米粒子在环境保护、工业催化以及作为药物载体等领域的应用。 *通讯作者。