双金属磷酸盐化合物的离子热合成及表征

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近年来,多孔磷酸盐化合物因其独特的孔道结构以及丰富的表面性质被广泛地应用在石油与天然气化工、精细化工、环境保护、电子元件、光学与电化学等领域,引起了广大研究者的关注。到目前为止,人们主要把目光放在了单金属磷酸盐化合物及过渡金属元素掺杂的主族金属磷酸盐化合物上,有关双过渡金属磷酸盐化合物的报道还比较少见。考虑到过渡金属元素不仅可以形成催化活性中心,而且不同金属元素之间的协同作用也将使其表现出不同于单金属磷酸盐化合物的独特性能,因此,很有必要对双过渡金属磷酸盐化合物的合成及表征进行研究。
  本文采用多孔材料合成常用的离子热合成法,分别选择2-咪唑烷酮和尿素作为氢键供体,与氯化胆碱复配形成离子型低共融混合物作为反应的溶剂和模板剂,通过改变合成条件,合成了5种双过渡金属磷酸盐化合物,探索了合成过程中的影响因素并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重(TG)、能谱(EDS)、CHN元素分析、氮气物理吸附等分析测试方法对样品的理化性质进行了表征和分析,得到以下主要研究成果:
  ①在氯化胆碱和2-咪唑烷酮所构成的低共融混合物体系中,通过改变反应物初始铁、锰比例,合成了2种铁/锰双金属磷酸盐化合物BMPA-1和BMPA-2。在氯化胆碱和尿素所构成的低共融混合物体系中,合成了1种铁/锰双金属磷酸盐化合物BMPA-3和2种锌/锆双金属磷酸盐化合物BMPA-4、BMPA-5。研究发现,样品BMPA-1的热稳定性低于300℃,样品BMPA-1、BMPA-2、BMPA-3和BMPA-4的平均孔径均属于介孔范围,其中BMPA-2具有最大的比表面积,为202.576m2/g。
  ②研究了低共溶混合物在离子热合成过程中的模板效应,结果表明在氯化胆碱/尿素体系中,尿素受热分解的产物NH4+具有比季铵盐氯化胆碱更强的模板作用。
  ③研究了在氯化胆碱/2-咪唑烷酮体系中合成样品BMPA-1的晶化时间对反应产物的影响,结果表明晶化时间与反应产物的种类及尺寸之间均存在密切的联系,样品BMPA-1的最佳晶化时间为4天。
  ④研究了反应物的初始组成对反应产物的影响,结果表明在一定范围内改变反应物的初始组成时,反应产物的种类、形貌均会产生相应的变化,反应产物的成分与反应物的初始组成之间并不存在严格的对应关系。氯化胆碱/尿素体系中合成磷酸锌/锆化合物时,反应产物对反应物初始锌、锆比例的变化不够敏感,在较宽的组成范围内均可以合成目标产物。
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