以N-烷基二甲基甜菜堿表面活性劑為模板劑合成有序介孔二氧化硅.pdf

1、按照國際純粹和應用化學聯(lián)合會(IUPAC)的定義，多孔材料按照其孔徑的大小可以分為微孔、介孔和大孔三類，其中孔徑在2～50nm之間的材料稱之為介孔材料。介孔材料的制備主要是以表面活性劑的自組裝體系為模板，通過溶膠-凝膠化學反應來完成的。與傳統(tǒng)的多孔材料相比，有序介孔材料具有如下特征： (1)具有規(guī)則的孔道結構：(2)孔徑分布窄，且在1.3～30nm之間可以調節(jié)；(3)比表面積大；(4)具有很好的熱穩(wěn)定性與水熱穩(wěn)定性；(5)顆粒具

2、有豐富多彩的外形。因此，有序介孔材料將在催化劑、催化劑載體、色譜填充材料、吸附與分離技術、環(huán)保、主客體化學、材料合成模板等領域具有廣泛的應用前景。 本文以不同疏水鏈長度的N-烷基二甲基甜菜堿(簡稱 BS-n)表面活性劑為模板劑，合成有序介孔二氧化硅材料。利用小角X射線衍射(SXRD)、N<,2>吸附和高分辨透射電鏡(HRTEM)等技術對合成材料進行了表征。系統(tǒng)研究了pH值、硝酸鈉濃度和氯化鈉濃度對產(chǎn)物的孔道結構、比表面積、孔徑分

3、布和孔體積等參數(shù)的影響。 以N一十二烷基二甲基甜菜堿為模板劑合成有序介孔材料的體系中，發(fā)現(xiàn)pH值是影響產(chǎn)物的結構及表面性質的關鍵因素。pH3.0時，樣品的比表面積較高，但是孔徑分布較寬。pH>4.6時，產(chǎn)物的有序度和比表面積都較低。在pH3.5～4.6范圍能合成出孔徑大小均一，比表面積較高的介孔二氧化硅。其中pH3.5時樣品的總比表面積高達1337m<'2/>g，BJH孔徑為1.49nm。通過HRTEM觀測到的孔徑與BJH法得到

4、的基本一致，這說明此樣品屬于超微孔材料。 以N一十四烷基二甲基甜菜堿為模板劑的體系中，發(fā)現(xiàn)pH值對產(chǎn)物結構的影響與N一十二烷基二甲基甜菜堿體系相似。pH2.5～4.6時，樣品的結構相近，比表面積在944～1211m<'2>/g，孔徑約2.22nm。其中pH4.1時樣品的有序性最高，SXRD表明其具有六方結構，HRTEM表明其孔道為蠕蟲狀。pH6.0時，產(chǎn)物在小角范圍的衍射峰已完全消失。另外，分別在pH4.1和5.1條件下，研究了

5、NaNO<,3>濃度對產(chǎn)物的影響。在兩個pH值下均表現(xiàn)為，隨著NaNO<,3>濃度的增加產(chǎn)物的孔徑增大，有序性、孔體積和比表面積降低。然而，在pH4.1，NaNO<,3>濃度為5.0mol/L時，發(fā)現(xiàn)了具有介孔結構的氧化硅空心球。 以N一十八烷基二甲基甜菜堿為模板劑的體系中，發(fā)現(xiàn)pH值對結構的影響也是：pH值較低時產(chǎn)物有序性稍差，升高pH值會使產(chǎn)物有序性提高，再繼續(xù)升高pH值產(chǎn)物有序性變差。pH5．1時產(chǎn)物的有序性最高，SXRD