三維有序大孔MgO、Al-,2-O-,3-和Ce-,1-x-Zr-,x-O-,2-固溶體的可控制備與表征研究.pdf

1、大孔/介孔材料具有高比表面積、二維(2D)或三維(3D)的大孔/介孔結構以及大孔容。這些特征使大孔/介孔材料在物理和化學領域具有許多潛在的利用價值。大孔/介孔材料中的介孔可以選擇性容納客體分子，所具有的高比表面積有利于氣體分子吸附，介孔材料作為載體也有利于活性組分在其表面的分散。大孔結構則可降低傳質阻力和促使客體分子到達活性位。具有大孔-介孔雙?？捉Y構的催化劑具有更高的擴散效率。具有高比表面積、大孔容、高度有序孔結構的多孔SiO2在氣體

2、吸附和催化領域有重要應用。在非硅的多孔材料中，MgO、活性氧化鋁(γ-Al2O3)和鈰鋯固溶體(Ce1-xZrxO2)尤其重要。堿土金屬氧化物中MgO作為固體堿催化劑或載體應用較多，但有關具有介孔孔壁的三維有序大孔(3DOM)MgO的制備目前尚無文獻報道。γ-Al2O3作為一種重要的材料在鹽的超濾、在環(huán)境凈化中作為吸附劑、作為機動車尾氣凈化的催化劑、在非均相催化有機物脫氯反應中作為催化劑載體以及在石油精餾中都有重要的用途，然而具有3D有

3、序介孔孔壁的3DOM γ-Al2O3的合成目前并無文獻報道。Ce1-xZrxO2固溶體作為紫外射線吸收劑的添加劑、機動車尾氣三效催化劑、固體氧化物燃料電池以及玻璃刨光劑進入商業(yè)化應用，但兼有介孔孔壁的3DOM Ce1-xZrxO2固溶體的合成方法也未見文獻報道。 本文研究工作采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球作為硬模板和三嵌段共聚物EO20PO70EO20(Pluronic P123)或EO106PO70EO106(Pluro

4、nic F127)作為軟模板劑，合成具有蠕蟲孔狀介孔孔壁的3DOM MgO、具有3D有序介孔孔壁的3DOMγ-Al2O3、具有2D有序介孔孔壁的3DOM SiO2以及具有蠕蟲孔狀介孔孔壁的3DOM固溶體Ce0．6r0．4O2和Ce0．7Zr0．3O2。采用XRD、SEM/EDXS、TEM/SAED、BET、TGA/DSC、FT-IR、TPR、TPD、XPS等技術表征這些3DOM產物的物化性質。 本文研究工作在改進文獻方法的基礎上

5、合成具有有序密堆積結構的PMMA單分散微球，其粒徑約280 nm。以PMMA和三嵌段共聚物為模板，合成出：(1)具有蠕蟲孔狀介孔孔壁的3DOM MgO，比表面積最高可達243 m2/g，孔容為0．45cm3/g，介孔孔徑為3～5 nm，大孔孔徑為50～150 nm；(2)具有3D有序介孔孔壁的3DOM γ-Al2O3，最高比表面積為136 m2/g，孔容為0．68 cm3/g，介孔孔徑為4～5nm，大孔孔徑為50～200 nm：(3)具

6、有2D有序介孔孔壁的3DOM SiO2，比表面積為663 m2/g，孔容為．2．07 cm3/g，介孔孔徑為4～6 nm，大孔孔徑為50～200 nm；(4)具有蠕蟲孔狀介孔孔壁的3DOM固溶體Ce0．6Zr0．4O2和Ce0．7Zr0．3O2，比表面積分別為100和91 m2/g，孔容分別為0．51和0．33 cm3/g，介孔孔徑均為1～5 nm，大孔孔徑均為50～170nm。研究發(fā)現(xiàn)，溶劑種類和濃度、干燥條件、焙燒條件等對3DOM產

7、物結構均有重要影響?；谶@些實驗結果，建立了可控制備上述3DOM材料的方法。 表征結果表明，在適宜的合成條件下，所得MgO、γ-Al2O3、SiO2以及Ce1-xZrxO2固溶體均具有較好的3DOM結構，其中，3DOM MgO和3DOM Ce1-xZxO2為具有蠕蟲孔狀介孔孔壁的立方多晶材料，3DOM Al2O3為具有3D有序介孔孔壁的多晶材料，3DOM SiO2為具有2D有序介孔孔壁的無定形材料。這些材料均具有較高的比表面積和