介孔二氧化硅材料1

1、介孔二氧化硅材料的制備與表征介孔二氧化硅材料的制備與表征姓名姓名：專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)：學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)：2022-7-31材料與化學(xué)化工學(xué)院出處：山東師范大學(xué)出處：山東師范大學(xué)文獻(xiàn)：介孔二氧化硅材料的制備與表征文獻(xiàn)：介孔二氧化硅材料的制備與表征作者：梁靜霞作者：梁靜霞目錄CONTENT介孔二氧化介孔二氧化硅材料的制硅材料的制備及其形態(tài)備及其形態(tài)控制控制第二章第二章緒論緒論第一章第一章介孔二氧化介孔二氧化硅材料的形硅材料的形成機(jī)理研究成機(jī)理研究第三章第三章第四章第四章總結(jié)及啟示總結(jié)及啟示2022-7-32材料與化學(xué)化工學(xué)院1 緒論2022-7-33材料與化學(xué)化工學(xué)院一一 緒論緒論 1.1 1.1 多孔材料的定義與

2、分類(lèi)多孔材料的定義與分類(lèi) 1.2 1.2 介孔材料的研究進(jìn)展介孔材料的研究進(jìn)展 1.3 1.3 介孔二氧化硅材料的研究進(jìn)展介孔二氧化硅材料的研究進(jìn)展 1.4 1.4 介孔二氧化硅材料的應(yīng)用研究介孔二氧化硅材料的應(yīng)用研究 1.4.1 1.4.1 催化領(lǐng)域的應(yīng)用催化領(lǐng)域的應(yīng)用 1.4.2 1.4.2 生物科技方面的應(yīng)用生物科技方面的應(yīng)用 1.4.3 1.4.3 吸附吸附/ /分離的應(yīng)用分離的應(yīng)用 1.51.5選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容2022-7-34材料與化學(xué)化工學(xué)院1.1 1.1 多孔材料的定義與分類(lèi)多孔材料的定義與分類(lèi)定義：具有許多一定大小的孔隙以及比表面積高的結(jié)構(gòu)材料被稱(chēng)為多孔材

3、料。定義：具有許多一定大小的孔隙以及比表面積高的結(jié)構(gòu)材料被稱(chēng)為多孔材料。特點(diǎn)：特點(diǎn)：多孔材料比表面積高但是相對(duì)密度卻較低、吸附性好并且質(zhì)量很輕、多孔材料比表面積高但是相對(duì)密度卻較低、吸附性好并且質(zhì)量很輕、能夠很好地隔熱隔音、滲透性相當(dāng)好能夠很好地隔熱隔音、滲透性相當(dāng)好，從而在吸附、分離、隔熱、消音、還，從而在吸附、分離、隔熱、消音、還有過(guò)濾等方面有很多應(yīng)用。有過(guò)濾等方面有很多應(yīng)用?？梢云帘坞姶挪梢云帘坞姶挪ǎ诨瘜W(xué)方面進(jìn)行反應(yīng)催化和儲(chǔ)，在化學(xué)方面進(jìn)行反應(yīng)催化和儲(chǔ)蓄化學(xué)能，并且在各種生物工程方面有大量的實(shí)際應(yīng)用，在航空航天、電子蓄化學(xué)能，并且在各種生物工程方面有大量的實(shí)際應(yīng)用，在航空航天、電子

4、通訊、交通、醫(yī)療、環(huán)保、冶金、機(jī)械、化工和石化工業(yè)等與人類(lèi)生活息息通訊、交通、醫(yī)療、環(huán)保、冶金、機(jī)械、化工和石化工業(yè)等與人類(lèi)生活息息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)方面有更廣泛的應(yīng)用。相關(guān)的產(chǎn)業(yè)方面有更廣泛的應(yīng)用。分類(lèi)：分類(lèi)： 2022-7-35材料與化學(xué)化工學(xué)院1.2 1.2 介孔材料的研究進(jìn)展介孔材料的研究進(jìn)展2022-7-36材料與化學(xué)化工學(xué)院u 1992 1992 年，年，J.S.Beck J.S.Beck 等人在堿性條件下得到了等人在堿性條件下得到了M-41S M-41S 的一系列有序介孔材料。的一系列有序介孔材料。u S.Park S.Park 等用陰離子表面活性劑開(kāi)發(fā)了不同結(jié)構(gòu)組成的介孔材料。等用陰離

5、子表面活性劑開(kāi)發(fā)了不同結(jié)構(gòu)組成的介孔材料。u T.J.Pinnavaia T.J.Pinnavaia 等人以中性胺表面活性劑和中性無(wú)機(jī)前驅(qū)物為介孔材料的模板等人以中性胺表面活性劑和中性無(wú)機(jī)前驅(qū)物為介孔材料的模板 合成了納米介孔材料。合成了納米介孔材料。u D.Y.Zhao D.Y.Zhao 等人用等人用 PEO PEO 型三元嵌段共聚物作為模板合成得到了介孔型三元嵌段共聚物作為模板合成得到了介孔 SiO2SiO2材料材料 (SBA-11(SBA-11，1212，1414，1515，16)16)，并且該材料是排列有序的，均是利用加入不同劑量的，并且該材料是排列有序的，均是利用加入不同劑量的共溶劑

6、從而使得材料的孔徑大小在共溶劑從而使得材料的孔徑大小在 5 nm-30 nm 5 nm-30 nm 范圍內(nèi)可調(diào)。范圍內(nèi)可調(diào)。u P.Y. Feng P.Y. Feng 等得到籠形介孔二氧化硅材料等得到籠形介孔二氧化硅材料(FDU-1)(FDU-1)孔徑達(dá)到孔徑達(dá)到 12 nm12 nm。uR.Ryoo R.Ryoo 等用等用 MCM-48 MCM-48 的介孔材料為模板，得到了有序炭介孔的介孔材料為模板，得到了有序炭介孔材料。材料。1.3 1.3 介孔二氧化硅材料的研究進(jìn)展介孔二氧化硅材料的研究進(jìn)展科學(xué)家們首次利用甲烷基季銨鹽陽(yáng)離子這一表面活性劑作為模板從而合成出了科學(xué)家們首次利用甲烷基季銨鹽

7、陽(yáng)離子這一表面活性劑作為模板從而合成出了 M41S(MCM-41M41S(MCM-41、MCM-48MCM-48、MCM-50)MCM-50)這一系列的氧化硅有序介孔分子篩。這一系列的氧化硅有序介孔分子篩。在堿性環(huán)境下共同導(dǎo)向劑和分散劑是以三嵌段聚醚非離子表面活性劑充當(dāng)，而在堿性環(huán)境下共同導(dǎo)向劑和分散劑是以三嵌段聚醚非離子表面活性劑充當(dāng)，而結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑是陽(yáng)離子長(zhǎng)鏈季銨鹽，從而制備出來(lái)了介孔大小在結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑是陽(yáng)離子長(zhǎng)鏈季銨鹽，從而制備出來(lái)了介孔大小在 2 nm-5 nm 2 nm-5 nm 范范圍內(nèi)的球形并且有序的介孔二氧化硅納米材料即圍內(nèi)的球形并且有序的介孔二氧化硅納米材料即 MCM-41MCM

8、-41。在制備大孔徑的有序介孔二氧化硅材料時(shí)，以嵌段聚醚非離子作為表面活性劑，在制備大孔徑的有序介孔二氧化硅材料時(shí)，以嵌段聚醚非離子作為表面活性劑， 在酸性條件下便可以制備出在酸性條件下便可以制備出 4 nm-6.6 nm 4 nm-6.6 nm 的大孔徑范圍內(nèi)的有序介孔二氧化的大孔徑范圍內(nèi)的有序介孔二氧化硅材料硅材料(SBA-15 (SBA-15 型型) )。2022-7-37材料與化學(xué)化工學(xué)院1.4 1.4 介孔二氧化硅材料的應(yīng)用研究介孔二氧化硅材料的應(yīng)用研究催化領(lǐng)域的應(yīng)用生物科技方面的應(yīng)用直接作為催化劑，有序介孔材料能夠使產(chǎn)物的擴(kuò)散速度加快、選擇性達(dá)直接作為催化劑，有序介孔材料能夠使產(chǎn)物

9、的擴(kuò)散速度加快、選擇性達(dá) 100 100 、轉(zhuǎn)化率可達(dá)、轉(zhuǎn)化率可達(dá) 90 90 。由于結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有靈活性和孔分布窄等，把。由于結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有靈活性和孔分布窄等，把摻雜氧化物金屬、配合物等催化劑加入到有序介孔材料骨架中是現(xiàn)階段有摻雜氧化物金屬、配合物等催化劑加入到有序介孔材料骨架中是現(xiàn)階段有序介孔分子篩在催化劑中應(yīng)用最廣的研究方面序介孔分子篩在催化劑中應(yīng)用最廣的研究方面生物大分子，如酶、蛋白質(zhì)、核酸等，分子的尺寸小于生物大分子，如酶、蛋白質(zhì)、核酸等，分子的尺寸小于 10 nm10 nm，病毒尺寸，病毒尺寸的大小在的大小在 30 nm30 nm附近，孔徑在附近，孔徑在 2 nm2 nm50 nm 5

10、0 nm 之間的有序介孔材料因?yàn)樗g的有序介孔材料因?yàn)樗鼪](méi)有毒性，使得該材料在酶、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的分解、固定上起到了相當(dāng)重沒(méi)有毒性，使得該材料在酶、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的分解、固定上起到了相當(dāng)重要的作用要的作用2022-7-38材料與化學(xué)化工學(xué)院吸附/分離的應(yīng)用作為理想的吸附或者改性材料，由于有序介孔材料具有大的比表面積以及作為理想的吸附或者改性材料，由于有序介孔材料具有大的比表面積以及較多的孔容量等特性，在分離以及吸附等應(yīng)用領(lǐng)域有著更為廣泛的作用。較多的孔容量等特性，在分離以及吸附等應(yīng)用領(lǐng)域有著更為廣泛的作用。1.5 選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容 介孔二氧化硅納米材料兼具了介孔材料和納米材料的雙重特性，以及非

11、常高的化學(xué)穩(wěn)介孔二氧化硅納米材料兼具了介孔材料和納米材料的雙重特性，以及非常高的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性、合成方便、成本低廉等特點(diǎn)，使其除了在傳統(tǒng)的介孔材料應(yīng)用領(lǐng)域外，定性和生物相容性、合成方便、成本低廉等特點(diǎn)，使其除了在傳統(tǒng)的介孔材料應(yīng)用領(lǐng)域外，在其他領(lǐng)域如生物醫(yī)藥和基因工程等方面也顯示了極大的應(yīng)用前景。近年來(lái)，關(guān)于介孔二在其他領(lǐng)域如生物醫(yī)藥和基因工程等方面也顯示了極大的應(yīng)用前景。近年來(lái)，關(guān)于介孔二氧化硅材料的研究非常多，并且取得了很好的研究成果，但是仍然存在許多問(wèn)題亟待解決，氧化硅材料的研究非常多，并且取得了很好的研究成果，但是仍然存在許多問(wèn)題亟待解決，比如實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常繁瑣，介孔二氧化硅材料

12、的結(jié)構(gòu)還不夠清楚，理論模型還需進(jìn)一步研究，比如實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常繁瑣，介孔二氧化硅材料的結(jié)構(gòu)還不夠清楚，理論模型還需進(jìn)一步研究，介孔材料的微觀(guān)控制還不夠精確等。介孔材料的微觀(guān)控制還不夠精確等。目前水熱合成法是介孔二氧化硅材料的主要合成方法目前水熱合成法是介孔二氧化硅材料的主要合成方法，但是合成時(shí)間長(zhǎng)（最少十幾個(gè)小時(shí)）并且操作繁瑣，因而縮短時(shí)間、簡(jiǎn)化流程是合成二氧但是合成時(shí)間長(zhǎng)（最少十幾個(gè)小時(shí)）并且操作繁瑣，因而縮短時(shí)間、簡(jiǎn)化流程是合成二氧化硅材料面臨的主要任務(wù)?；璨牧厦媾R的主要任務(wù)。因此本文簡(jiǎn)化了水熱法合成介孔二氧化硅的流程，并對(duì)合成的因此本文簡(jiǎn)化了水熱法合成介孔二氧化硅的流程，并對(duì)合成的樣品進(jìn)行

13、表征。樣品進(jìn)行表征。 2022-7-39材料與化學(xué)化工學(xué)院2 介孔二氧化硅材料的制備及其形態(tài)控制2022-7-310材料與化學(xué)化工學(xué)院二二 介孔二氧化硅材料的制備及其形態(tài)控制介孔二氧化硅材料的制備及其形態(tài)控制2022-7-311材料與化學(xué)化工學(xué)院2.12.1介孔二氧化硅的制備過(guò)程介孔二氧化硅的制備過(guò)程2.2 2.2 介孔二氧化硅材料的具體制備方法及表征介孔二氧化硅材料的具體制備方法及表征 2.2.1 2.2.1 樣品的樣品的 SEM SEM 分析分析 2.2.2 2.2.2 樣品的樣品的 TEM TEM 分析分析 2.2.3 2.2.3 小角小角 X-X-射線(xiàn)衍射射線(xiàn)衍射 2.2.4 2.2.

14、4 傅立葉變換紅外光譜傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)(FT-IR)分析分析 2.2.5 2.2.5 核磁共振（核磁共振（NMRNMR） 2.2.6 2.2.6 拉曼譜（拉曼譜（RamanRaman）2.3 2.3 酸度對(duì)孔徑大小及形貌的影響酸度對(duì)孔徑大小及形貌的影響2.4 2.4 溫度對(duì)介孔二氧化硅材料的影響溫度對(duì)介孔二氧化硅材料的影響2.1 2.1 介孔二氧化硅的制備過(guò)程介孔二氧化硅的制備過(guò)程(3)(3)之后再向上述水溶液體系中加入硅酸酯，其中有機(jī)表面活性劑與硅之后再向上述水溶液體系中加入硅酸酯，其中有機(jī)表面活性劑與硅源的物質(zhì)的量之比可以在源的物質(zhì)的量之比可以在 25:1-1:500 25

15、:1-1:500 范圍內(nèi)，硅酸酯的物質(zhì)的量濃范圍內(nèi)，硅酸酯的物質(zhì)的量濃度在度在 0.02-5 mol/L 0.02-5 mol/L 之間。繼續(xù)攪拌后分離、洗滌、離心并干燥。最之間。繼續(xù)攪拌后分離、洗滌、離心并干燥。最后在高溫下煅燒以去除表面活性劑。后在高溫下煅燒以去除表面活性劑。(1)(1)將過(guò)渡金屬鹽溶解于鹽酸等酸性溶液中，在一定溫度下攪拌使其完將過(guò)渡金屬鹽溶解于鹽酸等酸性溶液中，在一定溫度下攪拌使其完全溶解。所述的過(guò)渡金屬離子濃度在全溶解。所述的過(guò)渡金屬離子濃度在 0.1-1 mol/L 0.1-1 mol/L 之間，本方法可以之間，本方法可以用的過(guò)渡性金屬鹽可以是活潑金屬的強(qiáng)酸鹽，比如金

16、屬鈉、鎂、鉀等用的過(guò)渡性金屬鹽可以是活潑金屬的強(qiáng)酸鹽，比如金屬鈉、鎂、鉀等金屬的鹽酸鹽、硫酸鹽和硝酸鹽等。金屬的鹽酸鹽、硫酸鹽和硝酸鹽等。(2)(2)溶解之后向上述水溶液中加入有機(jī)大分子表面活性劑做模板然后繼溶解之后向上述水溶液中加入有機(jī)大分子表面活性劑做模板然后繼續(xù)在一定溫度下磁力攪拌一段時(shí)間，所述表面活性劑與所加的鹽酸鹽續(xù)在一定溫度下磁力攪拌一段時(shí)間，所述表面活性劑與所加的鹽酸鹽的物質(zhì)的量之比在的物質(zhì)的量之比在5:1-500:1 5:1-500:1 之間，并且表面活性劑的物質(zhì)的量濃度之間，并且表面活性劑的物質(zhì)的量濃度在一定范圍內(nèi)。在一定范圍內(nèi)。2022-7-312材料與化學(xué)化工學(xué)院2.22

17、.2介孔二氧化硅材料的具體制備方法及表征介孔二氧化硅材料的具體制備方法及表征2022-7-313材料與化學(xué)化工學(xué)院例一例一 將將0.3 g0.3 g的過(guò)渡性金屬鹽的過(guò)渡性金屬鹽ZnClZnCl2 2加入到加入到100 mL100 mL物質(zhì)的量濃度為物質(zhì)的量濃度為2 mol/L2 mol/L的稀鹽的稀鹽酸溶液中酸溶液中, ,在在 3535恒定溫度時(shí)用磁力攪拌使金屬鹽完全溶解在水溶液里恒定溫度時(shí)用磁力攪拌使金屬鹽完全溶解在水溶液里, ,然后向上然后向上述體系中加入述體系中加入 2.5 g 2.5 g 非離子表面活性劑非離子表面活性劑 P123P123。在恒溫。在恒溫 3535時(shí)磁力攪拌時(shí)磁力攪拌

18、3 3小時(shí)，小時(shí)，之后向上述體系中滴加之后向上述體系中滴加 5.6 mL 5.6 mL 正硅酸四乙酯（正硅酸四乙酯（TEOSTEOS）, ,之后繼續(xù)攪拌之后繼續(xù)攪拌 6 6小時(shí)小時(shí), ,室室溫下靜置溫下靜置 2424小時(shí)小時(shí), ,倒出上清液倒出上清液, ,將剩余白色沉淀物轉(zhuǎn)移至坩堝中。最后在將剩余白色沉淀物轉(zhuǎn)移至坩堝中。最后在 550550條條件下煅燒件下煅燒 3 3小時(shí)（箱式爐每分鐘升溫小時(shí)（箱式爐每分鐘升溫 55）。）。圖2-1（a）TEM圖片圖2-1（b）SEM圖片2.22.2介孔二氧化硅材料的具體制備方法及表征介孔二氧化硅材料的具體制備方法及表征2022-7-314材料與化學(xué)化工學(xué)院例

19、二例二 將將 0.3 g 0.3 g 的過(guò)渡性金屬鹽的過(guò)渡性金屬鹽 ZnClZnCl2 2加入到加入到100 mL100 mL物質(zhì)的量濃度為物質(zhì)的量濃度為1 mol/L 1 mol/L 的的稀鹽酸溶液中，在稀鹽酸溶液中，在 3535恒定溫度時(shí)用磁力攪拌使金屬鹽完全溶解在水溶液里，然恒定溫度時(shí)用磁力攪拌使金屬鹽完全溶解在水溶液里，然后向上述水溶液體系中加入后向上述水溶液體系中加入 2.5 g 2.5 g 非離子表面活性劑非離子表面活性劑 P123P123。在恒溫。在恒溫 3535時(shí)磁力時(shí)磁力攪拌攪拌 3 3小時(shí)，之后向上述體系中滴加小時(shí)，之后向上述體系中滴加 5.6 mL5.6 mL正硅酸四乙酯

20、（正硅酸四乙酯（TEOSTEOS），之后繼續(xù)攪），之后繼續(xù)攪拌拌 6 6小時(shí)，室溫下靜置小時(shí)，室溫下靜置 2424小時(shí)，倒出上清液，將剩余白色沉淀物轉(zhuǎn)移至坩堝中。小時(shí)，倒出上清液，將剩余白色沉淀物轉(zhuǎn)移至坩堝中。最后在最后在 550550條件下煅燒條件下煅燒 3 3小時(shí)（箱式爐每分鐘升溫小時(shí)（箱式爐每分鐘升溫 55）。）。圖2-2（a）TEM圖片圖2-2（b）SEM圖片2.22.2介孔二氧化硅材料的具體制備方法及表征介孔二氧化硅材料的具體制備方法及表征2022-7-315材料與化學(xué)化工學(xué)院例三例三 將將0.3 g0.3 g的過(guò)渡性金屬鹽的過(guò)渡性金屬鹽 ZnClZnCl2 2加入到加入到100 m

21、L100 mL物質(zhì)的量濃度為物質(zhì)的量濃度為2 mol/L2 mol/L的稀的稀鹽酸溶液中，在鹽酸溶液中，在 3535恒定溫度時(shí)用磁力攪拌使金屬鹽完全溶解在水溶液里，然后恒定溫度時(shí)用磁力攪拌使金屬鹽完全溶解在水溶液里，然后向上述水溶液體系中加入向上述水溶液體系中加入 2.5 g2.5 g非離子表面活性劑非離子表面活性劑 F127F127。在恒溫。在恒溫 3535時(shí)磁力攪時(shí)磁力攪拌拌 3 3小時(shí)，之后向上述體系中滴加小時(shí)，之后向上述體系中滴加 5.6 mL5.6 mL正硅酸四乙酯（正硅酸四乙酯（TEOSTEOS），之后繼續(xù)攪拌），之后繼續(xù)攪拌 6 6小時(shí)，室溫下靜置小時(shí)，室溫下靜置2424小時(shí)，倒

22、出上清液，將剩余白色沉淀物轉(zhuǎn)移至坩堝中。最后小時(shí)，倒出上清液，將剩余白色沉淀物轉(zhuǎn)移至坩堝中。最后在在450450條件下煅燒條件下煅燒3 3小時(shí)（箱式爐每分鐘升溫小時(shí)（箱式爐每分鐘升溫 55）。）。圖2-3（a）TEM圖片圖2-3（b）SEM圖片2.2.1 2.2.1 樣品的樣品的 SEM SEM 分析分析2022-7-316材料與化學(xué)化工學(xué)院 按例一的條件制備樣品按例一的條件制備樣品1-61-6，僅改變鹽酸的濃度，僅改變鹽酸的濃度，如下所示：如下所示：2.2.1 2.2.1 樣品的樣品的 SEM SEM 分析分析2022-7-317材料與化學(xué)化工學(xué)院樣品1 HCl(2mol/L)樣品2 HCl

23、(1mol/L)樣品4 HCl(0.1mol/L)樣品3 HCl(0.5mol/L)樣品5 HCl(0.01mol/L)樣品6 HCl(0.001mol/L)2.2.2 2.2.2 樣品的樣品的 TEM TEM 分析分析 2022-7-318材料與化學(xué)化工學(xué)院樣品1 HCl(2mol/L)樣品2 HCl(1mol/L)樣品3 HCl(0.5mol/L)樣品4 HCl(0.1mol/L)樣品5 HCl(0.01mol/L)樣品6 HCl(0.001mol/L)2.2.3 2.2.3 小角小角 X-X-射線(xiàn)衍射射線(xiàn)衍射2022-7-319材料與化學(xué)化工學(xué)院l 當(dāng)酸度為當(dāng)酸度為1mol/L1mol/

24、L時(shí)，在時(shí)，在2 2=1.2=1.2處處有一個(gè)小峰，說(shuō)明此薄片狀材料的孔道有一個(gè)小峰，說(shuō)明此薄片狀材料的孔道排列具有一定的有序性。排列具有一定的有序性。l 當(dāng)酸度為當(dāng)酸度為0.01mol/L 0.01mol/L 時(shí)，未出現(xiàn)小角時(shí)，未出現(xiàn)小角衍射峰，說(shuō)明被測(cè)樣品的有序度下降，衍射峰，說(shuō)明被測(cè)樣品的有序度下降，不存在平行排列的有序孔道，但并不能不存在平行排列的有序孔道，但并不能排除孔道的存在。排除孔道的存在。l 當(dāng)酸度為當(dāng)酸度為 0.001mol/L 0.001mol/L 時(shí)，未出現(xiàn)小時(shí)，未出現(xiàn)小角衍射峰，說(shuō)明這種酸度下制備的二氧角衍射峰，說(shuō)明這種酸度下制備的二氧化硅高度有序孔道不存在，或者說(shuō)在化

25、硅高度有序孔道不存在，或者說(shuō)在 SiOSiO2 2超微結(jié)構(gòu)中孔道已經(jīng)消失。超微結(jié)構(gòu)中孔道已經(jīng)消失。l 由此可知，上述三種情況下小角由此可知，上述三種情況下小角 X-X-射線(xiàn)衍射結(jié)果與射線(xiàn)衍射結(jié)果與 TEM TEM 觀(guān)察結(jié)果基本一致。觀(guān)察結(jié)果基本一致。2.2.4 2.2.4 傅立葉變換紅外光譜傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)(FT-IR)分析分析 2022-7-320材料與化學(xué)化工學(xué)院 圖中圖中 1 1，2 2，3 3 分別為在分別為在 1 mol/L HCl1 mol/L HCl、0.01mol/L HCl0.01mol/L HCl、0.001 mol/L HCl0.001 mol/L HCl

26、的條件下制備的介的條件下制備的介孔孔 SiOSiO2 2的紅外光譜圖。由圖可見(jiàn)，的紅外光譜圖。由圖可見(jiàn)， 1100cm 1100cm-1-1處寬并強(qiáng)處寬并強(qiáng)的峰是非對(duì)稱(chēng)的的峰是非對(duì)稱(chēng)的 Si-O-Si Si-O-Si 反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰，反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰，790 790 cmcm-1-1、500cm500cm-1-1處的吸收帶為對(duì)稱(chēng)的處的吸收帶為對(duì)稱(chēng)的 Si-O-Si Si-O-Si 伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)峰，峰，3450cm3450cm-1-1處的非常寬且強(qiáng)的峰是結(jié)構(gòu)水分子的處的非常寬且強(qiáng)的峰是結(jié)構(gòu)水分子的-OH -OH 反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰。其中的三個(gè)吸收峰是反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰。其中的三個(gè)吸收峰是 Si

27、OSiO2 2的典型的典型特征吸收峰，紅外光譜表明樣品中存在大量的橋氧結(jié)特征吸收峰，紅外光譜表明樣品中存在大量的橋氧結(jié)構(gòu)，表明已生成構(gòu)，表明已生成 SiOSiO2 2 。 紅外吸收光譜表明，酸度不同時(shí)，紅外吸收光譜表明，酸度不同時(shí)，Si-OH Si-OH 基團(tuán)的基團(tuán)的 O-H O-H 伸縮振動(dòng)強(qiáng)度略有不同。其中，伸縮振動(dòng)強(qiáng)度略有不同。其中，HCl HCl 濃度是濃度是 1 1 mol/L mol/L 時(shí)峰最強(qiáng)，隨時(shí)峰最強(qiáng)，隨 HCl HCl 濃度的降低，峰強(qiáng)逐漸減弱。濃度的降低，峰強(qiáng)逐漸減弱。2.2.5 2.2.5 核磁共振（核磁共振（NMRNMR）2022-7-321材料與化學(xué)化工學(xué)院 納米

28、介孔二氧化硅材料表面存在著納米介孔二氧化硅材料表面存在著 3 3 種種硅羥基，包括單羥基硅羥基，包括單羥基 H HS S、氫鍵羥基、氫鍵羥基 H Hh h和雙和雙羥基羥基 H Hg g，我們?cè)跈z測(cè)時(shí)一般運(yùn)用核磁共振，我們?cè)跈z測(cè)時(shí)一般運(yùn)用核磁共振技術(shù)直接地定量地檢測(cè)這三個(gè)硅羥基，圖中技術(shù)直接地定量地檢測(cè)這三個(gè)硅羥基，圖中在在 7.2 7.2 和和 0 0 處有兩個(gè)強(qiáng)峰，在處有兩個(gè)強(qiáng)峰，在 2.6 2.6 處有處有 1 1 個(gè)弱峰，在個(gè)弱峰，在 2.2 2.2 處有一個(gè)弱峰，在處有一個(gè)弱峰，在 1.2 1.2 處有一個(gè)弱峰。三個(gè)峰的強(qiáng)度比依次減弱，處有一個(gè)弱峰。三個(gè)峰的強(qiáng)度比依次減弱，歸屬于納米介

29、孔材料中歸屬于納米介孔材料中 3 3 種不同的硅羥基，種不同的硅羥基，即單羥基即單羥基 H HS S、氫鍵羥基、氫鍵羥基 H Hh h和和雙羥基和和雙羥基 H Hg g。2.2.6 2.2.6 拉曼譜（拉曼譜（RamanRaman）2022-7-322材料與化學(xué)化工學(xué)院 出現(xiàn)在出現(xiàn)在 1 000 cm-1附近的峰為附近的峰為 SiO2的特征峰，證明了的特征峰，證明了 SiO2的生成，的生成，其峰位置向右偏移發(fā)生藍(lán)移，這是其峰位置向右偏移發(fā)生藍(lán)移，這是由由 SiO2介孔結(jié)構(gòu)的納米小尺寸效應(yīng)介孔結(jié)構(gòu)的納米小尺寸效應(yīng)引起的。引起的。2.3 2.3 酸度對(duì)孔徑大小及形貌的影響酸度對(duì)孔徑大小及形貌的影響

30、2022-7-323材料與化學(xué)化工學(xué)院 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在鹽酸的水溶液環(huán)境下，以三嵌段共聚化合物 P123 為模板，介孔材料的孔徑大小隨著酸度的增強(qiáng)，呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，且當(dāng) HCl 的物質(zhì)的量濃度為 1-2 mol/L 時(shí)，孔徑基本維持在 6 nm-7 nm 之間。2.4 2.4 溫度對(duì)介孔二氧化硅材料的影響溫度對(duì)介孔二氧化硅材料的影響2022-7-324材料與化學(xué)化工學(xué)院b. 500a. 550c. 450 從圖中我們可以看出在從圖中我們可以看出在 550煅燒溫度下合成的納米介孔二氧化硅的介孔具有較好的煅燒溫度下合成的納米介孔二氧化硅的介孔具有較好的長(zhǎng)程有序性。隨著煅燒溫度的降低，介孔材料的長(zhǎng)程

31、有序性有所降低當(dāng)煅燒溫度在長(zhǎng)程有序性。隨著煅燒溫度的降低，介孔材料的長(zhǎng)程有序性有所降低當(dāng)煅燒溫度在 450時(shí)，介孔二氧化硅材料的介孔結(jié)構(gòu)趨于無(wú)序，孔道結(jié)構(gòu)存在缺陷。時(shí)，介孔二氧化硅材料的介孔結(jié)構(gòu)趨于無(wú)序，孔道結(jié)構(gòu)存在缺陷。3 介孔二氧化硅材料的形成機(jī)理研究2022-7-325材料與化學(xué)化工學(xué)院三三 介孔二氧化硅材料的形成機(jī)理研究介孔二氧化硅材料的形成機(jī)理研究1323.1 3.1 液晶模板機(jī)理液晶模板機(jī)理3.2 3.2 協(xié)同作用機(jī)理協(xié)同作用機(jī)理3.3 3.3 水熱法合成介孔二水熱法合成介孔二氧化硅材料的形成機(jī)理氧化硅材料的形成機(jī)理2022-7-326材料與化學(xué)化工學(xué)院3.1 3.1 液晶模板機(jī)理

32、液晶模板機(jī)理2022-7-327材料與化學(xué)化工學(xué)院首先把硅源物質(zhì)加入到體系中，之后加入表面活性劑以形成棒狀膠束，這些棒狀膠束通過(guò)自組裝有序排列形成六方液晶結(jié)構(gòu)，然后這種六方有序液晶結(jié)構(gòu)與硅源物質(zhì)相結(jié)合，再通過(guò)物理化學(xué)的處理，形成介孔材料。當(dāng)表面活性劑濃度較大時(shí)，合成介孔材料之前首先把表面活性劑加入反應(yīng)體系中，通過(guò)物理化學(xué)的作用形成了有序規(guī)則排列的六方液晶結(jié)構(gòu)，之后把硅源加入上述體系中，在反應(yīng)體系中硅源物質(zhì)填充在六方液晶模板中。 LCT機(jī)理的核心是認(rèn)為液晶作為模板。這個(gè)機(jī)理簡(jiǎn)單直觀(guān),而且可直接借用液晶化學(xué)中的某些概念來(lái)解釋合成過(guò)程中的很多現(xiàn)象,對(duì)介孔材料發(fā)展起到了重要作用。3.2 3.2 協(xié)同作

33、用機(jī)理協(xié)同作用機(jī)理2022-7-328材料與化學(xué)化工學(xué)院 無(wú)機(jī)物與有機(jī)物在分子級(jí)別時(shí)可以在物種之間存在協(xié)同作用，在合成的初級(jí)階段，加入表面活性劑并沒(méi)有并沒(méi)有形成液晶相，液晶相是在加入無(wú)機(jī)物之后產(chǎn)生的，這時(shí)的液晶相才是介孔材料合成時(shí)所用的模板劑。在反應(yīng)體系中硅酸鹽帶有大量的負(fù)電荷，由于硅酸鹽陰離子與表面活性劑親水端發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，這種情況下界面區(qū)域的硅酸鹽齊聚物與模板劑有強(qiáng)烈的相互作用以發(fā)生聚合，這種變化會(huì)優(yōu)先發(fā)生在表面活性劑與無(wú)機(jī)硅源的界面上，導(dǎo)致無(wú)機(jī)層的電荷密度發(fā)生變化，這種變化會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)無(wú)機(jī)硅源與有機(jī)表面活性劑的相互結(jié)合，而無(wú)機(jī)物種和有機(jī)物種之間的相互作用決定了表面活性劑的排列方法。3.33.3水熱法合成介孔二氧化硅材料的形成機(jī)理水熱法合成介孔二氧化硅材料的形成機(jī)理2022-7-329材料與化學(xué)化工學(xué)院2022-7-3材料與化學(xué)化工學(xué)院303.33.3水熱法合成介孔二氧化硅材料的形成機(jī)理水熱法合成介孔二氧化硅材料的形成機(jī)理 該過(guò)程可以在堿性、酸性以及中性條件下進(jìn)行，由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一般都需要該過(guò)程可以在堿性、酸性以及中