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1、毕业论文题 目：氧化硅有序模板的制备及应用 学生姓名： 学生学号： 系 别： 物理与电子信息系 专 业： 物理学 届 别： 2012届 指导教师： 目 录摘要(1)关键词(1)前言(1)1 制备氧化硅有序模板的研究进展(2)1.1 表面活性剂模板法(3) 1.2 胶态晶体模板法(4)1.3乳液模板法(4)1.4生物模板法(5)2 表面活性剂模板法制备多孔氧化硅有序模板(5)2.1试剂与仪器(5)2.2实验方案与步骤(5)2.3表征(5)2.3.1烧结温度对SiO2的质量减少率及线收缩率的影响(6)2.3.2 SiO2的红外谱图分析(7)2.3.3 SiO2的热分析(TG-DTA)曲线(8)2.
2、3.4 SiO2的SEM分析(9)2.4 结论(9)3氧化硅有序模板的应用(10)3.1在化工领域的应用(10)3.2在生物和医药领域的应用(10)3.3在功能材料领域的应用(10)3.4在环保领域的应用(11)4总结(11)致谢(12)参考文献(12)淮南师范学院2012届本科毕业论文 - 13 -氧化硅有序模板的制备及应用 摘 要：近年来，氧化硅有序模板技术在科学领域广泛研究及应用。所谓模板效应是指由于配体与模板剂配位而改变电子状态,并取得某种特定空间配置的效应。本文先简要介绍了氧化硅有序模板国内外研究状况简单分析，从多孔二氧化硅有序模板角度出发，通过介绍模板的实验制备方法及表征，较系统的
3、阐述了氧化硅有序模板技术、价值及广泛应用。关键词：氧化硅有序模板；制备；表征；应用Preparation and application of oxidation of silicon ordered template Abstract：In recent years, extensive research in the field of science and application of ordered silica template technology. The so-called template effect is to change the electronic state of
4、 the ligand and the template ligand, and to obtain the effect of a specific space configuration. This article briefly describes the research status of silicon oxide ordered template preparation. From the angle of the ordered template of porous silica through the introduction of templates Experimenta
5、l Preparation and characterization of a more systematic exposition of the silicon oxide ordered template technology, value and widely used.Key words：ordered a template for silica；preparation；characterization；application前言近年来,多孔材料在催化、吸附、分离等应用领域中正展现出巨大的潜力1,而对多孔材料的孔内进行组装以制备异质复合体并朝着功能器件方向发展也成为多孔材料研究的一个热
6、点。目前,模板合成技术是制备这类多孔材料的有效途径。“模板效应”(template effect)是在60年代初由TompsonMC等人首先提出的2。所谓模板效应是指由于配体与模板剂配位而改变电子状态,并取得某种特定空间配置的效应。利用有机-无机杂化材料制备多孔材料，结合了有机、无机多孔材料的优点,有着极大的创新价值和应用前景。无机的孔材料易吸水，产生较大表面张力，在孔间的毛细管力导致孔结构不稳定，容易塌陷。而非极性有机孔材料不易吸水，微孔与空气间的表面张力很低，使得孔结构稳定。并且有机高分子微孔很容易通过现有技术进行修饰使其具有功能性3。氧化硅有序模板技术在科学领域广泛研究与应用，其中多孔S
7、iO2因其具有牢固的骨架结构，比表面积高，孔径易调节等优点，因此在催化、吸附、分离等方面被广泛应用。1制备氧化硅有序模板的研究进展氧化硅有序模板技术在以下几方面进展较快4：（1）对生成机理的探讨；（2）新的合成路线；（3）取代的硅酸盐材料和非硅材料合成，尤其是含各种过渡金属的材料；（4）各种形体的直接合成(包括薄膜、纤维、微球、球块等)；（5）潜在的应用研究，特别是催化方面。事实上氧化硅介孔材料合成早在1971年就己开始5，日本的科学家们在1990年之前也己开始介孔材料合成6，但直到1992年Mobil的报导后，才引起了人们的广泛注意，并被认为此时是介孔材料合成的真正开始。Mobil使用表面性
8、剂作为模板剂，合成了M41S系列介孔材料，M4lS系列介孔材料包括MCM-41（六方相）、MCM-48（立方相)和MCM-50层状结构，图1为它们的结构简图。这个成功可以和Mobil在20世纪70年代的另一伟大成果ZSM-5合成相提并论，这两个例子都是通过控制孔道尺寸和形状来得到有分子筛性质的多孔材料。图1 MCM-41、MCM-48和MCM-50结构简图1.1 表面活性剂模板法面活性剂种类繁多，不同类型的表面活性合成多孔SiO2各有利弊。利用表面活性剂作为模板合成多孔SiO2是人们较早使用的一种方法。表面活性剂主要是有两亲分子形成的聚合物组成，模板结构方面是以相对较弱的分子之间的作用力为支撑
9、的簇集体为支撑支架。通过表面活性剂模板法合成的多孔SiO2操作简单，受两亲分子形成的集团簇的限制合成的多孔SiO2呈有序排列，形式多样。但是这种模板的不足在于合成的多孔SiO2水热稳定性较差。关于利用表面活性剂模板法制备多孔SiO2的报道很多。Bagshaw等7用非离子表面活性剂聚乙烯氧化物(PEO)为模板制得了介孔分子膜。Zhao等8用三嵌段共聚物：聚乙烯氧化物聚丙烯氧化物聚乙烯氧化物(PEO-PPO-PEO)为模板合成了具有有序结构的介孔SiO2材料。Feng等9用十六烷基三甲基氯化铵氨水(CTACOH)与硅酸盐和1，3，5一三甲基苯溶液相互反应，在修饰剂的协助帮助下获得了有序介孔SiO2
10、材料。Asefa等10使用双(三乙氧基甲硅烷基)乙烯(BTE)和TEOS的混合物利用十六烷基三甲基溴化铵(CTABr)作为模板剂，合成了具有周期性介孔的有机SiO2复合体。氧化硅介孔材料合成的突破性进展是酸性合成体系使用嵌段共聚物(非离子triblockcopolymer，polyethyleneoxide-polypropyleneoxide-polyethyleneoxide)作为模板剂，得到了有序程度非常好的六方相的(称为SBA-15)多孔材料。1.2 胶态晶体模板法胶态晶体是通常是指通过增大单分散胶态球的体积来制取，形状多为三维周期有序性结构。胶态晶体的组装方法包括：离心法、拉膜法、电
11、泳沉积法等（见图2），胶态晶体模板法是制备多孔材料的常用方法。胶态晶体另一个研究的重要方面是将它作为研究相转变的模型。Chen等11人用重力沉积法合成了具有三维结构的SiO2胶态晶体模板。Jiang等12人用简单、快速旋涂法得到了材料胶态晶体、大孔聚合物和纳米胶态晶体聚合物复合材料。Johnso等13人采用无机的SiO2胶态晶体为模板，通过对纳米级的SiO2粒子加压成球，制得孔径可调的介孔聚合物材料。图2几种组装胶态晶体的常用方法1.3乳液模板法乳液模板技术可分为阴模技术和阳模技术。乳液阴模技术是指在分子聚集体内部的微小空间内进行材料制备，如以反相微乳液胶束内的“水池”为微反应器制备各种纳米微
12、粒材料以及各种乳液聚合反应等。因反应物质能够以需要的适当浓度均匀分散于乳液液滴内，所以可避免溶液中因局部浓度过高而引起的团聚问题，从而使反应均匀进行并可制备单分散性很好的微粒材料，对此技术目前已有了较多研究。乳液阳模技术是指利用具有规整均一外形的乳液微粒为模板，再在微粒上堆砌、组装以制备所需材料，进一步定型后可将模板除去而留下规整的孔结构。乳液是一种液态霜类化妆品，有良好的润肤和调湿作用，多采用钾皂做乳化剂，由于存放过程中液体会变稠，很难从瓶中倒出，近年来利用非离子型乳化剂取代钾皂，稳定性有很大的提高。如将异辛烷“油”分散于极性的甲酰胺中，以对称的三嵌段共聚物Eon-Pom-EOn作为稳定剂，
13、制成不含水的乳液液滴，用均化器分散成粒径均一的单分散乳胶粒，以此作为模板，采用改进的溶胶-凝胶法，可制得50nm以上的较大孔且孔径分布窄的TiO2、SiO2、ZrO2等多孔材料。1.4生物模板法Davis等14人用细小杆状细菌(Bacillus subtilis)为模板，也获得了有序生长的大孔SiO2材料。利用杆状细菌为模板首先在置于水中生产，发现其在水中时细菌表面增大约2倍，从水中取出后经干燥处理后细菌恢复原状且细菌的构造完好，利用这一特点Davis等人制备出高比表面积的SiO2。制备过程如图3所示：图3细菌模板法制备大孔SiO2材料2 表面活性剂模板法制备多孔氧化硅有序模板2.1试剂与仪器
14、正硅酸乙酯(TEOS)、OP-10、正己醇、甲基丙烯酸甲酯(MMA)，天津市博迪化工有限公司，分析纯；乙烯基三乙氧基硅烷(WD-20)，武汉大学有机硅新材料股份有限公司，分析纯。Nicolet Magna-IR 750红外分析仪(KBr压片)；2RY-2P综合热分析仪,上海精密科学仪器公司；Hita-chi S-530扫描电子显微镜。2.2实验方案与步骤（1）在三口烧瓶中加入环己烷、OP-10、正己醇、水和氨水，快速搅拌一段时间后，加入TEOS，室温下搅拌2d。抽滤，然后用乙醇洗涤后干燥备用。（2）取制得的SiO2粉末，于自制模具中在粉末压片机上10MPa下压制5min，将模板在马弗炉中进行烧
15、结处理。（3）有机/无机复合材料填充SiO2模板在锥形瓶中加入TEOS、WD-20及蒸馏水，放在磁力搅拌器上搅拌30min后，滴加入计量的盐酸，待溶液澄清时加入MMA，水解12h后加入BPO。30min后升温聚合，选择适当的溶液粘度填充SiO2模板，并将复合物在50处理48h。（4）氢氟酸刻蚀将复合物在室温下折断得到断口，并用40%的氢氟酸将SiO2模板除去，水洗干燥后即得到多孔材料。2.3表征通过SiO2模板在烧结前后线收缩率(L%)、质量减少率(M%)来表征模板烧结程度。 M% = (1) L% = (2)式中：M1、M2分别为SiO2试样烧结前、后的质量；L1、L2分别为SiO2试样烧结前、后的长度。取SiO2粉末分别进行红外光谱分析、TG-DTA分析、SEM分析
