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本论文主要在介孔材料的合成、性能以及应用方面开展了研究。选用头尾都是憎水的三嵌段共聚物为模板制备出具有三维无序虫状孔道的介孔材料和以有孔氧化铝膜为模板制备了形态可控的介孔材料,即具有介孔结构高有序纳米管。采用一步法合成了介孔Ag/silica和Y2O3:Eu/silica材料,采用基底受限法制备了银和Y2O3:Eu纳米粒子,同时研究了Ag/silica作为催化剂时催化性能。
(1)在酸性条件下,利用头尾都是憎水的三嵌段共聚物SBS为模板、TEOS为硅源,分别选用丁酮和甲苯作选择性溶剂,通过微乳技术制备出具有三维无序虫状孔道的介孔硅材料。通过在SBS胶束溶液中加入TEOS/水的油水混合乳液使SBS胶束与TEOS/水混合乳液之间形成一个界面,从而使TEOS这个界面上完全水解而且生成的小分子硅齐聚物包附在SBS胶束的外表面。经过加热则使TEOS凝聚同时形成具有介孔结构的SBS/硅材料。最后,通过煅烧以移除SBS,从而得到介孔硅材料。在选用甲苯作溶剂,研究发现随着SBS用量的增加或形成胶束温度的升高,比表面积、孔体积和孔径等都相应减小。因此,这两个参数可以方便地调节介孔材料的孔径、表面积和孔体积等,进而更好地控制介孔材料的性能。所制备介孔材料的壁厚与SBS用量和形成胶束温度无关,且均超过10nm,因而材料具有较好的热稳定性,这有利于其进一步在催化剂、吸附和分离等领域应用。
(2)以有孔的氧化铝膜为模板制备了具有介孔结构高有序纳米管,即在加热条件下将P123-TEOS薄膜通过毛细力引入有孔的氧化铝膜孔内,同时根据优先润湿机理使P123-TEOS组分润湿氧化铝孔的内壁并同时伴随嵌段共聚物胶束的重排、TEOS组分的凝聚收缩,随后通过烧结手段除去嵌段共聚物、通过溶解手段除去氧化铝模板,这样便在硅基底上得到了形态可控的介孔材料即有序排列的具有介孔结构的纳米管。在一定时间范围内,退火时间对纳米管的形成和生长高度有一定的影响。纳米管垂直于硅基底且纳米管套内的介孔以六方形式排列在整个纳米管套同时介孔孔道相互平行,所制备的纳米管能保持受限在氧化铝模板时的尺寸而且稳定地粘附在硅基底上。
(3)在酸性条件下,采用一步法即在模板剂(P123)形成胶束之后,加入硝酸银或氧化铕和氧化钇混合物同P123胶束形成新的复合体,随后加入硅源(TEOS)以包附在复合体的外表面,从而形成具有介孔相的复合物,通过热处理我们分别制备了高有序的具有二维六方结构的介孔Ag/silica和Y2O3:Eu/silica材料,其中金属银或Y2O3:Eu纳米粒子分散在有序的介孔孔道内。二者的比表面积、孔体积和孔径分别为786m2/g、1.22cm3/g、6.2nm和791m2/g、0.95cm3/g、3.8nm。另外,采用基底受限法,利用旋涂法分别使介孔Ag/silica和Y2O3:Eu/silica材料分散在硅基底上,通过溶解法除去硅墙后便得到了没有聚集的且具有狭窄粒径分布的金属银(2.5-5.5nm)和Y2O3:Eu(1.5-3.0nm)纳米粒子。原子力显微镜(AFM)证实所得到的纳米粒子呈现良好的分散状态,具有狭窄的粒径分布而且粒子尺寸都小于其介孔材料孔径。
(4)分别用一步法制备的介孔Ag/SBA-15材料和金属银作为甲醇氧化制备甲醛反应的催化剂,利用甲醇转化率表示催化剂活性、甲醛和二氧化碳产率表示催化剂选择性来研究二者催化性能。由于具有高的比表面积(786m2/g)、较大的孔体积(1.22cm3/g)、较大的孔径(6.2nm)、狭窄的孔径分布和有序的介孔孔洞等特性,在反应温度473K-723K范围内,同本体银作催化剂相比尽管银仅占体系总重量的0.94wt%,介孔Ag/silica材料却显示出极高的催化活性和催化选择性。