多孔材料的合成化学

1、 按按制备工艺及成品的形貌制备工艺及成品的形貌分为分为泡沫多孔泡沫多孔材料、蜂窝多孔材料材料、蜂窝多孔材料和和网眼多孔材料网眼多孔材料。 沸石与分子筛的特点沸石与分子筛的特点沸石：严格定义是一类结晶的硅铝酸盐微孔结晶体分子筛：具有选择性吸附能力的材料沸石与分子筛的骨架结构沸石与分子筛的骨架结构 沸石具有三维空旷骨架结构，骨架是由硅氧四面体SiO44-和铝氧四面体AlO45-通过共用氧原子连接而成，它们被统称为TO4四面体（基本结构单元）。所有TO4四面体通过共享氧原子连接成多元环和笼，被称之为次级结构单元（SBU）。这些次级结构单元组成沸石的三维骨架结构，骨架中由环组成的骨架中由环组成的孔道是

2、沸石的最主要结构特孔道是沸石的最主要结构特征征。 在骨架中硅氧四面体是中性的，而铝氧四面体则带有负电荷，骨架的负电荷由阳离子来平衡。骨架中空部分（就是分子筛的孔道和笼）可由阳离子、水或其它客体分子占据，这些阳离子和客体分子是可以移动的，阳离子可以被其它阳离于所交换。分子筛骨架的硅原子与铝原于的摩尔比例常常被简称为硅铝比（SiAl，有时也用SiO2Al2O3表示)。 沸石与分子筛的骨架结构沸石与分子筛的骨架结构：n介孔材料的主要特征：介孔材料的主要特征： l骨架的组成的可调性；骨架的组成的可调性；l非常高的表面积和吸附容量；非常高的表面积和吸附容量；l吸附性质能被控制；吸附性质能被控制；l酸性或

3、其它活性中心的强度和浓度能被调整酸性或其它活性中心的强度和浓度能被调整l孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸范孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸范围之内；围之内；l孔腔内可以有较强的电场存在；孔腔内可以有较强的电场存在；3 常用的多孔无机材料制备方法沉淀法沉淀法，固体颗粒从溶液中沉淀出来生成有孔材料；，热分解方法，热分解方法，通过加热除去可挥发组分生成多孔材料；有选择性的溶解掉部分组分；有选择性的溶解掉部分组分；在制造形体（薄膜、片、球块等）过程中生成多孔（二在制造形体（薄膜、片、球块等）过程中生成多孔（二次孔）次孔）。多层自组装双重模板,有控制的破坏；聚合物作模板剂；乳浊液作模板剂；

4、介孔和大孔材料的孔径控制：主要合成方法现在有许多合成方法可被用来合成介孔材料和大孔材料，如按现在有许多合成方法可被用来合成介孔材料和大孔材料，如按产物的孔直径分类，主要有以下几种：产物的孔直径分类，主要有以下几种： 2nm，使用不同链长的表面活性剂作模板剂；，使用不同链长的表面活性剂作模板剂； 2 7nm，高温合成；，高温合成； 4 7nm，二次合成合成后水热处理；，二次合成合成后水热处理； 4 10nm，使用带电的表面活性剂和中性有机物；，使用带电的表面活性剂和中性有机物； 4 11nm，二次合成水，二次合成水-胺合成后处理；多层自组装胺合成后处理；多层自组装有有控制的破坏；控制的破坏； 2

5、 30nm，聚合物作模板剂；，聚合物作模板剂； 50nm，乳浊液作模板剂；，乳浊液作模板剂； 150nm，胶体颗粒模板剂晶化。，胶体颗粒模板剂晶化。101000nm,多层自组装多层自组装双重模板双重模板其它非模板方法合成多孔材料其它非模板方法合成多孔材料多孔氧化铝、多孔碳材料、气多孔氧化铝、多孔碳材料、气凝胶、层柱材料凝胶、层柱材料l分子筛的转化机理分子筛的转化机理l 固相转变机理 l 液相转变机理 l 双相转变机理 l 液相中硅酸根与铝酸根离子的聚合反应 l 阳离子的模板效应l 多孔材料具有丰富的孔隙丰富的孔隙，当声波传播到多孔材料上时，在网状的孔隙内引起空气的振动，进而通过空气与多孔材料基

6、体之间的摩擦，声波的能声波的能量转变成热能而被消耗，从而达到消除噪声量转变成热能而被消耗，从而达到消除噪声的效果。安装在汽车排气管中间的蜂窝状多孔材料，用来减少汽车排气管的噪音。l 一些新型建筑材料也广泛采用多孔泡沫陶瓷作为墙体材料。l 多孔材料扮演着的角色。l 使用多孔材料，让废气或废液通过多孔体，其中的有害物质颗粒物就会被拦截或者吸附在多孔结构中，而净化后的气体或液体就可以排放到自然界中了。蜂窝陶瓷过滤尾气的作用机制蜂窝陶瓷过滤尾气的作用机制l柴油车尾气颗粒物过滤的途径是让尾气通过一种“壁流式”的蜂窝陶瓷。l 很多污染物都需要在催化剂的作用下进行催化处理，但是催化剂必须涂覆在一种载体上才能

7、有效的起作用。 l 在多孔材料基体上形成高比表面积的过渡层材料，然后将催化剂负载于这层高比表面积的过渡层上，就构成了一组催化反应器。 l 多孔材料支撑体起到了提供催化反应器和分散催化剂的重要作用，而且支撑体本身性能的优劣(化学稳定性、热稳定性等)将直接影响到催化剂效能的发挥。l 多孔材料具有较高的气孔率较高的气孔率和较低的基体导热系较低的基体导热系数，所以这种材料具有很好的隔热保温隔热保温效果。利用多孔材料的这种优点可以将其用于各种防止热辐射的场合，以及用于保温节能方面，因此从环保和节能两方面来说都是有利的。 l 采用多孔材料建筑材料可以让房屋具有非常好的保温隔热效果；航天器的热保护系统就广泛

8、采用了多孔材料 n多孔材料的合成，关键问题是如何控制孔的大小、形状和分布，以及在孔道中引入功能基团和功能分子。n功能化、大孔径、多维交叉、复杂孔道分子筛的合成仍是分子筛研究的热点之一。 所谓的介孔复合体就是将纳米尺寸的金属或非金属超微粒(或分子)用物理或化学的方法放入介孔固体的各个孔(或笼)内复合而成的固体。它是纳米颗粒和介孔固体二者的联合体，因此，介孔复合体兼有纳米颗粒和介孔固体的某些独特性能。 理想的材料是保持介孔结构的同时，又具理想的材料是保持介孔结构的同时，又具有沸石型孔壁结构的强酸性复合材料。具有沸石型孔壁结构的强酸性复合材料。具有介孔和微孔结构的复合分子筛成为近年有介孔和微孔结构的复合分子筛成为近年来沸石研究人员颇感兴趣的一类新材料来沸石研究人员颇感兴趣的一类新材料。 由于多孔材料具有特殊的性能，在催化材料和吸附材料的