基于空間限域和界面導向效應(yīng)的功能多孔材料的合成研究.pdf

1、有序介孔材料自從1992年首次被報道之后迅速成為一類重要的納米材料被科研工作者們廣泛研究，介孔材料由于具有高的比表面積、大的孔體積、可調(diào)的孔徑大小和介觀結(jié)構(gòu)以及多種多樣的骨架組成，因此在吸附、分離、催化、傳感器、藥物負載、能量轉(zhuǎn)換和存儲等方面有著廣泛的應(yīng)用。為了滿足在不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求，介孔材料被設(shè)計成不同的形貌，例如納米棒、納米纖維、納米管、薄膜和微球等。在眾多的微觀形貌中，微球形貌由于具有好的表面可滲透性、低密度和高機械強度等特點而

2、引起研究者的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的合成介孔微球的方法是采用表面活性劑軟模板法或者介孔微球顆粒硬模板法，往往得到的微球材料介孔孔徑大小被限制，球型形貌難以控制。因此探索合成具有更大孔徑和規(guī)則球型形貌的均勻介孔微球是非常有必要的。除此之外，為了提升其應(yīng)用性能，開展介孔微球材料的功能化也具有重要意義。
　　在本論文中，我們結(jié)合嵌段共聚物軟模板法和三維有序大孔材料硬模板法，研究大孔徑介孔微球的合成。通過調(diào)節(jié)硬模板的大孔孔徑大小、前驅(qū)液用量、軟模

3、板表面活性劑組分來調(diào)節(jié)得到的介孔微球的尺寸、形貌、介觀結(jié)構(gòu)等。另外，我們還利用此方法研究介孔微球材料的功能化以及材料在吸附、催化方面的應(yīng)用。
　　論文第二章，我們首次使用三維有序的大孔碳反相光子晶體做硬模板，發(fā)展了一種簡單可控的界面導向共組裝(IDCA)的方法，使軟模板分子和硅源在碳反相光子晶體納米反應(yīng)器內(nèi)受限組裝，合成了尺寸均一、單分散的大孔徑(大約8.0 nm)介孔二氧化硅微球。通過控制前驅(qū)液的用量和改變有不同組分的三嵌段表面

4、活性劑的種類，我們能得到不同形貌的介孔二氧化硅微球（包括實心球型、空心球型和半球型），以及不同介觀結(jié)構(gòu)的介孔微球（包括二維六方和三維面心立方的空間立體結(jié)構(gòu)）。得到的介孔二氧化硅微球的尺寸大小可以通過改變硬模板三維有序大孔碳反相光子晶體的大孔尺寸來調(diào)節(jié)，實現(xiàn)從亞微米到微米的改變。這種合成方法可以進一步擴展來合成具有磁性核和介孔二氧化硅殼層的多功能的介孔復合微球。磁性核/殼復合微球具有大的飽和磁化強度(23.5 emu/g)和大的比表面積（

5、280 m2/g）。將得到的磁性介孔二氧化硅微球作為可磁分離回收的吸附劑，可以快速有效地將水中的藻毒素去除，并且經(jīng)過10次循環(huán)使用后，材料對藻毒素的吸附效率沒有明顯下降。
　　論文第三章，我們采用每個大孔空腔包含一個Fe3O4納米粒子的磁性三維有序大孔二氧化硅(Fe3O4@3DOMS)材料做硬模板，發(fā)展了一種新穎的限域合成的方法，在Fe3O4@3DOMS材料內(nèi)部大孔空腔內(nèi)灌注介孔碳前驅(qū)液，得到了核/殼結(jié)構(gòu)的磁性介孔碳微球。得到的核

6、/殼磁性介孔碳微球(Fe3O4@FDU-15)具有均一的粒徑尺寸(460 nm)，大的孔徑(13.8 nm)，高的比表面積（403 m2/g）和強的磁飽和強度(20.7 emu/g)。在得到的磁性介孔碳微球介孔孔道里面負載4nm大小的金納米粒子，作為苯乙烯環(huán)氧化的催化劑，有很好的催化效果，在12小時內(nèi)苯乙烯轉(zhuǎn)化率高達72％，對環(huán)氧化苯乙烯的選擇性能達到85％以上。反應(yīng)結(jié)束后催化劑通過磁鐵分離洗滌之后可以重復使用并且對催化效果沒有明顯影響

7、。
　　論文第四章，我們發(fā)展了一種化學層層沉積(CLD)的方法將氨硼鋁儲氫材料負載在多級有序大孔/介孔碳骨架里面，對儲氫材料的顆粒尺寸進行了有效限制。首先利用石英晶體做基底，對CLD方法得到的薄膜的沉積增長過程進行了分析，發(fā)現(xiàn)交替循環(huán)通入不同反應(yīng)氣體實際上導致薄膜組成在低配位化合物和高配位化合物之間轉(zhuǎn)變。然后將Al(BH4)3氣體和NH3氣體交替通入反應(yīng)體系中，通過配位反應(yīng)沉積在碳骨架內(nèi)部孔道當中。通過控制通入反應(yīng)氣體的循環(huán)次數(shù)可