纳米多孔材料种类及制备方法.ppt

* 纳米多孔（介孔）材料种类及制备方法 汇报人：罗邦仁、马康智 学院：材料学院 汇报提纲 多孔材料定义及分类 介孔材料简介 介孔材料的分类 介孔材料制备方法简介 介孔材料的应用及展望 一、多孔材料定义及分类 定义： 多孔材料就是具有大量空隙的材料，它必须具有两个要求：一是有大量的空隙分布在材料内；二是空隙必须满足某些使用条件或者某种性能要求 材料的多孔化，赋予原来材料崭新的优异性能，扩大了材料的应用范围。多孔材料的低密度、高比面积、低热导率、高比强度、良好的吸能等使其在分离、传感器、催化、减振缓冲、隔热、消声、过滤等方面得到广泛应用 分类： 微孔：孔径小于 2nm microporous 介孔：孔径介于 2-50nm mesoporous 大孔：孔径大于 50nm macroporous 二、介孔材料简介 介孔材料的出现： 1992年Mobil的科学家Kresge等人首次运用纳米结构自组装技术制备出具有均匀孔道、孔径可调的介孔SiO2，命名为MCM—41。 特点 介孔材料具有孔隙率高、极高的比表面积1000㎡/g）、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布（1.0-30nm）、均一可调的中孔孔径、富含不饱和基团、具有很好的热稳定性和一定的水热稳定性等特点 立方相 MCM-48 介孔材料结构 层状结构 MCM-50 三、介孔材料的分类 按照化学组成： 硅基介孔材料 分为纯硅介孔材料和掺杂其他元素的介孔材料两大类。纯硅介孔分子筛材料包括MCM、SBA、FSM、HMS、MSU等结构。 非硅基介孔材料 包括碳、过渡金属氧化物、磷酸盐以及硫化物。相对于硅基材料，非硅基介孔材料由于热稳定性较差，焙烧后孔道容易坍塌，而且比表面积低，空体积较小，合成机制还不够完善，因此目前对非硅基介孔材料的研究尚不如对硅基介孔材料研究活跃。但由于其组成的多样性所产生特性，光电以及催化等，在固体催化、光催化、分离、光致变色材料、电极材料、信息储存等应用领域存在广阔的前景，因此日益受到人们的关注。 按照介孔是否有序： 无定形(无序)介孔材料 孔径范围较大，孔道形状不规则，如普通的SiO2气凝胶、微晶玻璃等。 有序介孔材料 以表面活性剂形成的超分子结构为模板，利用溶胶-凝胶工艺，通过有机物和无机物之间的界面定向导引作用组装成一类孔径约在2-50nm，孔径分布窄且有规则孔道结构的无机多孔材料。有序介孔材料是20世纪90年代初迅速兴起的一类新型纳米结构材料，它利用有机分子表面活性剂作为模板剂，与无机源进行界面反应，以某种协同或自组装方式形成由无机离子聚集体包裹的规则有序的胶束组装体，通过煅烧或萃取方式除去有机物质后，保留下无机骨架，从而形成多孔的纳米结构材料，在催化、吸附、分离及光、电、磁等许多领域有着潜在的应用价值。 四、介孔材料制备方法简介 模板法 溶胶-凝胶法 水热合成法 沉淀法 微乳液法 1、模板法 模板法采用所谓的模板生长机制，使表面活性剂形成胶束作为模板，再进行干燥和熔烧而形成介孔固体。首先将表面活性剂加入到溶剂中形成混合液，然后加入无机物种，酸或碱，搅拌使之反应完全。这时得到的是比较柔顺松散的表面活性剂和无机物种的复合产物；然后通过水热处理、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，洗涤过滤干燥后得到有机／无机复合前驱体，再通过灼烧或溶剂萃取去除其中的表面活性剂，便可得到介孔材料 图1 软模板法合成介孔材料的示意图 图2 硬模板法（两步法）合成介孔材料示意图 2、溶胶-凝胶法 以不同类型的模板剂(如表面活性剂)所形成的超分子自聚体为模板，通过溶胶-凝胶过程，在无机物与有机物之间的界面定向引导作用下自组装成介孔材料。根据模板不同可分为：表面活性剂模板、嵌段共聚物模板和有机小分子模板等。 图3 硅溶胶制备均一介孔炭合成策略 3、水热合成法 高温高压下在水(水溶液)或溶剂、蒸汽等流体中进行合成反应，常与其他合成技术相结合。该方法是模拟天然沸石矿物的合成条件来进行的介孔分子筛合成方法，其合成的一般过程是将一定量的表面活性剂、酸或碱加入到水中组成混合溶液，再向其中加入无机源形成水凝胶，然后在高压釜中升高至一定温度，通过自生压力晶化处理，再经过过滤、洗涤、干燥、煅烧或萃取以除去模板剂，最后得到有序的介孔材料。 3、水热合成法 高温高压下在水(水溶液)或溶剂、蒸汽等流体中进行合成反应，常与其他合成技术相结合。该方法是模拟天然沸石矿物的合成条件来进行的介孔分子筛合成方法，其合成的一般过程是将一定量的表面活性剂、酸或碱加入到水中组成混合溶液