《有序多孔材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有序多孔材料（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划有序多孔材料多孔材料的制备摘要：本文主要介绍利用模板法制备多孔材料。关键词：多孔材料；模板按照国际纯粹与应用化学协会的定义，多孔材料可分为微孔材料、介孔材料和大孔材料1。多孔材料的制备方法有模板法、微乳法及腐蚀法等。目前对于模板法的认识存在两个层次，即“狭义模板法”和“广义模板法”。“狭义模板法”是将具有特定空间结构和基团的物质“模板”引入到基材中，然后将模板除去来制备具有“模板识别部位”的基材的一种手段；而“广义模板法”是通过“模板”与基质物质的相互作用而构筑具有“模板信息”基材的
2、制备手段2。模板技术可分为阴模技术和阳模技术。阴模技术是指在模板内部的微小空间(受限空间)内进行材料制备，阳模技术系利用具有规整均一外形的模板，通过前驱物种的堆砌、组装、定形，以及脱模处理来制备具规整孔结构的材料。在模板法中模板剂的类型决定了所得孔的形貌,不同的模板剂作用的方式、机理差别都很大。模板剂主要包括：表面活性剂模板、嵌段共聚物模板、乳液模板、非表面活性剂有机小分子模板、细菌模板、胶晶模板等。一、表面活性剂模板表面活性剂是一种双功能的分子，包含亲溶剂的端基和憎溶剂的尾基。由于它们具有两性性质，表面活性剂能够组合成高分子的排列。人们可以通过表面活性剂在溶液中的浓度以及控制在合成过程中的反
3、应条件来调节孔的几何尺寸。依据表面活性剂端基的化学性能和电荷，可以将表面活性剂划分为：阴离子型表面活性剂亲水基团带有一个负电荷。例如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸等；阳离子型表面活性剂憎水基团带有正电荷；非离子型表面活性剂亲水基团及憎水基团均不带电荷。如聚合物；两性表面活性剂，但很少有关于它们应用的报道。二、嵌段共聚物模板含亲水基和疏水基的嵌段共聚物作为模板剂，可明显提高多孔材料的水热稳定性，且可以有效地调控多孔材料的结构与性能。这类模板剂主要是聚烷氧类嵌段共聚物，如聚环氧乙烯醚聚环氧丙烯醚聚环氧乙烯醚。利用这类模板剂合成出的氧化硅分子筛不但孔径可调，而且材料的形态也可控制，如可形成纤维状、面包
4、圈状、香肠状和球形介孔材料。此外，新开发的嵌段共聚多肽模纺织与材料工程学院课程名称：高聚物材料成型原理论文题目：有序大孔材料学院：纺织与材料工程学院专业：材料工程班级学号：411学生姓名：乔占凤指导教师：张鸿完成时间：XX-10-21研究生综述摘要：有序大孔材料作为高效吸附和分离材料所具有的独特性能逐渐被人们所认识。有序大孔材料可快速完成吸附和解吸过程，并且通过孔壁改性可使其具有良好的化学选择性，因而该材料成为近年来研究的热点，尤其是它的功能性应用倍受关注。介绍有序多孔材料的几种方法。关键词：大孔材料，SiQ胶体引言有序多孔材料由于均一的孔形、孔径及均匀的有序排列使其对被处理分子的尺寸和形状具
5、有良好的选择性，因而在选择性吸附、分离和催化等方面起到了非常重要的作用。有序多孔材料经历了从微孔中孔大孔的发展过程。最初，有序多孔材料(如:沸石和分子筛)主要用于气体或有机小分子等的吸附和分离等领域，此时的多孔材料孔径与气体或小分子的动力学直径相当，主要是微孔。随着高分子研究的飞速发展，微孔材料的孔径远远满足不了高分子的吸附或分离的需要，因此中孔材料应运而生。根据国际理论和应用化学联合会的定义，大孔材料是指孔尺寸大于50nm的多孔材料。一直到上世纪90年代中期，材料界普遍认为大孔材料对分子不具备尺寸选择性，对其研究很少。近年来，人们逐渐意识到大孔材料作为高效吸附和分离材料有其独特的性能，并且通
6、过孔壁改性可使大孔材料具有良好的化学选择性。此外，有序大孔材料具有非常优良的通透性，可以快速完成吸附和解吸过程。为此，有序大孔材料逐渐受到重视，除了高效吸附和分离等领域以外，三维有序大孔材料的功能性应用也成了近年来的研究重点。1有序大孔材料的制备方法要得到有序的多孔材料需要通过特定的分子间相互作用力、分子自组装技术或特定模板技术来实现。对于有序微孔材料(如:沸石和分子筛等)可以通过硅铝酸盐的四面体(TO4，其中T为Al或Si)结构片断之间特殊的相互作用力形成多边形结构单元，再由多边形形成多面体结构，最后通过多面体的组合形成三维有序的结晶性微孔材料。采用上述方法制备的有序多孔材料，其孔尺寸均小于
7、112nm，很难用于更大孔径多孔材料的制备。有序中孔材料的合成则是利用具有特殊结构的较高分子量的分子(如:表面活性剂等)，使其通过特定的分子间相互作用力形成空间有序结构然后在有序结构的合适空隙部分填充无机组分，最后通过高温处理使无机骨架成形。同时材料中的有机高分子分解挥发，形成有序中孔材料。理论上只要具有足够长链长的表面活性剂分子，就可以应用上述中孔材料的制备方法制备出有序大孔材料。实际上，合成能够满足大孔多孔材料的超高分子表面活性剂时，当其分子量达到一定值以后，这种大分子的流动性变得很差，甚至是固态，所以用上述方法制备有序大孔材料存在难题。目前，有许多制备大孔材料的方法，如：发泡法、取代法和
8、模板法等，其：中发泡法和取代法是在目标多孔材料的原材料中添加发泡剂或通过减压等使体系中产生大量气泡以达到成孔的目的。这些方法制备的多孔材料的孔径一般都不均匀，孔径分布宽，甚至到毫米，孔与孔之间基本是独立的，孔形也不单一，无法得到具有功能应用潜力的有序大孔材料。模板法是利用具有特定微观有序结构(其有序的尺度与大孔尺寸的范围相当)的材料作为模板，在其有序结构的合适空隙部分填充目标产物的原料，在这种产物的骨架成形后，利用高温处理或者其它方法去除模板，形成有序的大孔材料1。2SiQ胶体晶体的组装和表征许静、龙永福等2将单分散SiO2微球组装成高度有序的胶体晶体模板，是获得有序孔聚甲基丙烯酸甲酯的首要条
9、件。胶体晶体的组装方法很多，较为常见的有自然沉降法、离心沉降法、溶剂蒸发法等多种，各种方法适用的微球粒径范围各不相同。实验中胶体微球的直径为560nm，超过了自然沉降和溶剂蒸发法的组装范围，所以选用了离心沉降法。图1是通过精密控制离心转速获得的胶体晶体模板(未经热处理)的电镜照片，由图可见，SiO2微球排列致密有序，呈多层阶梯状堆积，正方形和三角形两种排列方式均清晰可见，这种典型的多晶结构是离心沉降法本身的特点决定的。实验过程中发现，离心转速对胶体晶体的有序性有较为复杂的影响，对同种粒径的微球，仅在合适的转速下才能将微球组装成有序阵列。离心沉降法的基本原理就是利用离心力场驱动单分散胶体微球沉降
10、并形成最密堆积的三维有序阵列，因此，离心转速对胶体晶体有序性的影响可能与微球在离心场中的沉降平衡有关。大孔聚甲基丙烯酸甲酯的形貌观察图2，3分别是以opal1和opal2为模板制备的聚甲基丙烯酸甲酯的电镜观察结果：2个样品都具有典型的多孔结构，“空气”孔尺寸均匀，且排列有序，其排列方式与模板中的微球阵列基本一致，是模板有序结构的精密“复型”，但2个样品中孔的形貌截然不同。以未经热处理的opal1为模板制备的样品中孔壁较厚，孔的形状基本为圆形；而以opal2为模板的样品的孔壁相对较薄，孔的形状更接近于六元环，且孔之间相互连通形成了连续的三维有序网络结构，此外，在更大倍数的照片上还可观察到，样品表
11、面普遍存在一些小的球形颗粒，且分布不是随机的，而倾向于均匀分布在六元环孔的六个顶点上，形成了六方格子的有序阵列，与模板中SiO2球的排列方式恰好相同。由此可见，模板的热处理工艺对多孔聚合物的结构具有重要影响。烧结过程使模板中SiO2。微球“粘连”成“颈”，微球间的空隙相互连通，这是经烧结处理后，所填充的聚合物能形成连续的三维大孔网络结构的主要原因。此外，成“颈”现象还使微球间排列更为致密，空隙变小，渗人的单体溶液量少，造成了孔壁变薄。图3所示的样品中存在的有序排列球形小颗粒的现象，在一些胶体晶体模板法制备无机多孔材料的文献中曾有报道3，但尚未发现有机多孔材料中出现类似形貌的报道。结合实验过程认
12、为，这些球形颗粒应该是聚甲基丙烯酸甲酯，而不是尚未完全驱除的Si02微球，形成原因可能与单体的聚合反应过程受到周围的Si02微球固体界面的某种抑制作用有关。为此，对未去除模板前由opal2制备的Si02聚合物的断面也进行了电镜观察，结果如图4所示，两种尺寸的球形颗粒清晰可见，大球直径约500nm，是起模板作用的Si02微球；小球形颗粒直径约100m左右，应该为聚合物，断面处的大球呈规整的四方形阵列，有两排大球因应力脱落后形成了排列整齐的“孔”，而小的聚合物球形颗粒也基本按四方形排列，这充分证明了图3中的球形颗粒也是聚合物形成的，且图3与图4中聚合物小球有序排列方式均与相应的SiO2。微球的排列
13、方式相同。关于有序排列的聚甲基丙烯酸甲酯球形颗粒形成的详细过程和机理还有待于更深入的研究。3有序大孔材料的应用有序大孔材料不仅可以用于高效吸附、分离、过滤、催化及离子交换等传统微孔和中孔材料的应用领域，还可以用于轻质材料、缓冲材料、热交换器件、基于结构机械性能关系的工程材料等该类材料其它功能性的应用主要包括:耐火或绝热器件材料(如:电陶瓷炉的隔离层等)、湿度传感器、燃料电池的电极材料、液体渗透性测试装置、气体检测器、电热调节器、多孔压电陶瓷以及医药领域里骨骼及牙齿的复原材料等。此外，三维有序大孔、多孔材料由于具有特殊的光学特性，还可以用作光子或声子晶体材料(如:微波领域里光能带隙可调节材料和吸
14、波材料等)。由于有序大孔材料一般采用模板法，所以其在制备过程中对孔的材质一般都没有特定限制，因此可以根据实际需要制备各种材质和性能的多孔材料，磁性的如:Fe2O3和聚二茂铁基硅烷;光学的如:TiO导体的如Co和Ni;半导体的如:碳;聚合物的如：聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸酯以及绝缘体的如:Al2O3等，以上研究在很大程度上扩大了大孔材料的应用范围1。王志勇等4分层聚合物和碳整块材料微观中孔合成，通过一个灵巧的双重模板技术涉及胶体晶体和嵌段共聚物模板。这个中孔构造可以很容易地通过调整控制嵌段共聚物的浓度。一个两步热热固化实现高交联中构造由酚醛树脂和嵌段共聚物。这种技术确保很强的形成中孔壁包含酚醛树脂在
15、分解幸存嵌段共聚物的模板。有序介孔的酚醛树脂是随后转换为介孔。碳热处理后在高温下一个惰性气氛。与普遍遇到蒸发诱导的自组装途径在制造的中孔炭，形成介孔的在孔隙胶体晶体模板遵循相当一种不同的途径介孔显著的增长受到的约束效应的胶体晶体模板。两个球面(3dom/mc)和圆柱(3dom/mh)介孔是对齐的平行于表面的强度球体，并因此获得的介孔展出明显的弯曲度大孔隙墙壁表面附近。这合成有几个优点与strate-gies报道相比，到目前为止:(1)它避免了使用氢氟酸的危险酸，这是用于纳米铸型方法，使当前的方法更环保;(2)它生成聚合物和碳和样品可调mesostructures(立方和二维六方);(3)它产生碳独石与相对较高的机械强度与大孔碳没有预定义的中孔隙。多孔碳与上述属性独石使他们的理想材料作为主基板，可以找到在催化、吸附、分离。4结论相对于微孔材料和中孔材料，大孔材料有着独特的优越性。(1)较大的孔径和良好的通透性。微孔材料和
