功能无机材料课件 有序介孔材料

有序介孔材料及其应用讲解人：赵宏滨专题系列内容简介：有序介孔材料介绍1有序介孔材料的发展2有序介孔材料的应用3存在的问题及展望4多孔材料的分类孔径小于2nm孔径在2~50nm之间孔径大于50nm微孔材料介孔材料大孔材料孔径小于0.7nm超微孔孔径大于1μm宏孔定义：有序介孔材料是以表面活性剂分子聚集体为模板，利用溶胶凝胶工艺，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的孔道规则、孔径介于2-50nm的多孔材料。特性比表面积大介孔孔径均一可调骨架结构稳定，易于掺杂其他组分颗粒外形丰富多彩内表面易于修饰水、热稳定性较好介孔材料出现与分类按照化学组成：

硅基介孔材料分为纯硅介孔材料和掺杂其他元素的介孔材料两大类。纯硅介孔分子筛材料包括MCM、SBA、FSM、HMS、MSU等结构。非硅基介孔材料包括碳、过渡金属氧化物、磷酸盐以及硫化物。相对于硅基材料，非硅基介孔材料由于热稳定性较差，焙烧后孔道容易坍塌，而且比表面积低，空体积较小，合成机制还不够完善，因此目前对非硅基介孔材料的研究尚不如对硅基介孔材料研究活跃。但由于其组成的多样性所产生特性，光电以及催化等，在固体催化、光催化、分离、光致变色材料、电极材料、信息储存等应用领域存在广阔的前景，因此日益受到人们的关注。介孔材料出现与分类按照介孔是否有序：无定形(无序)介孔材料孔径范围较大，孔道形状不规则，如普通的SiO2气凝胶、微晶玻璃等。有序介孔材料以表面活性剂形成的超分子结构为模板，利用溶胶-凝胶工艺，通过有机物和无机物之间的界面定向导引作用组装成一类孔径约在2~50nm，孔径分布窄且有规则孔道结构的无机多孔材料。有序介孔材料是20世纪90年代初迅速兴起的一类新型纳米结构材料，它利用有机分子表面活性剂作为模板剂，与无机源进行界面反应，以某种协同或自组装方式形成由无机离子聚集体包裹的规则有序的胶束组装体，通过煅烧或萃取方式除去有机物质后，保留下无机骨架，从而形成多孔的纳米结构材料，在催化、吸附、分离及光、电、磁等许多领域有着潜在的应用价值。1992年Mobil公司的科学家首次报道合成了M41M系列介孔分子筛。它们具有规整有序的孔道结构，比表面积大，孔径在1.5～10nm之间可调。这一报道立即引起国际学术界的重视，从此掀起介孔材料研究的热潮。近年有序介孔材料的研究可归纳如下：1在硅基材料基础上合成不同骨架结构和元素组成的有序介孔材料。3有序介孔材料的广泛应用，对其微粒形貌提出了要求，因此微粒形貌的控制是近年来研究的热点之一。2对一给定骨架结构的材料，优化其合成过程，开发新的合成体系和路线。徐丽等，分析化学，2005，32（3）：374—380KresgeCT,et

al.Nature,1992,359:710-712介孔分子筛1992年Mobil公司报导的MCM-41开始了介孔材料的合成

M41系列：MCM-41，MCM-48，MCM-50MCM-41MCM-48MCM-50合成机理1）表面活性剂：亲水基和长链憎水基双头双尾型：CmH2m+1N+(CH3)2(CH2)sN+(CH3)2CmH2m+1

→Cm-s-m2）MCM-41合成:将CTAB在硅酸钠的碱性液中100度晶化3）合成机理：

a）Mobil提出液晶机理，但被否定了溶液中

CTAB成六方相需>28%（MCM-41需则<2%)

立方相需>80%（MCM-48需则<10%)

b)Davis认为：无序棒状胶束+硅物种→胶束周围生成2，3层

SiO2，再自发聚集成六方相Stucky机理

无机，有机分子级的物种之间协同共组电荷匹配控制生成，电荷排布相互影响预先有序的胶束排布不是必需的。有机无机之间的相互作用方式在介孔材料合成中，有机和无机之间的相互作用（如电荷匹配）是关键。是整个形成过程的主导，因而任何形式的无机和有机的组合都是可行的。为了生成介孔材料，调整表面活性剂头的化学性质以适合无机组分是很重要的。1）S+I-

作用水溶液在一定PH值下，低寡聚无机离子进一步聚合在碱液中合成硅酸盐介孔时，硅物种是低寡聚阴离子，因此使用阳离子表面活性剂S+来使负电荷无机物种I-

有序化。2）相同种类电荷地无机-有机组合也是可能的，但需要一相反电荷离子，S+X-I+

以及S-X+I-

3）基本无电荷参与的介孔材料生成使用中性的有机胺表面活性剂S0

或非离子聚乙二醇氧化物表面活性剂N0

为模板剂4）有机无机之间也可以是共价键连接S-I合成规律决定介孔产物晶相的因素有哪些？

浓度、温度、表面活性剂的分子堆积参数等。表面活性剂的分子堆积参数g能够作为一个指标来预测和解释产物的结构。

g虽是一个简单的几何计算，但是它可以较好地描述在特定条件下哪一种液晶相生成，在介孔材料的合成中它能告诉我们怎样控制合成条件和参数来得到想要的物相，它也能较好的解释观察到的实验现象。分子堆积参数g

g=V/alV等于表面活性剂的整体体积；a等于表面活性剂的头的有效面积；l等于表面活性剂长链的长度。

g小于1/3时，生成SBA-1（Pm3n立方相）和SBA-2（P63/mmc三维立方相）1/3至1/2之间生成MCM-41（p6m二维六方相）1/2至2/3之间生成MCM-48（Ia3d立方相）接近1时生成MCM-50（层状相）。lV有序介孔硅材料的合成过程示意图

MCM-41MCM-48SBA-16手性介孔材料

纤维状棒状薄膜球形多面体1.结构2.形貌3.组成纯硅材料有机-无机杂化材料非硅材料介孔材料简介

介孔材料是指孔径位于2～50nm，且具有一定长程有序性的纳米多孔材料。介孔材料因表面积大、孔径分布均一及结构有序的特性而被广泛应用于催化载体、吸附材料及分离介质等领域。1992年Mobil公司的研究人员首次使用烷基季铵盐型阳离子表面活性剂作为模板剂成功合成出M41S介孔材料（MCM-41、MCM-48、MCM-50等），从而将多孔材料从微孔扩展到介孔，且在微孔材料（如沸石）与大孔材料（如活性炭）之间架起了一座桥梁。生成机理为了解释MCM-41的合成机理，Mobil最早提出了液晶模板（LCT）机理。

这个机理认为表面活性剂生成的液晶作为形成MCM-41结构的模板剂。表面活性剂的液晶相是（1）在加入无机反应物之前，或是（2）在加入无机反应物之后形成。

在加入无机反应物之前生成表面活性剂的液晶相很快就被否定了，因为在水中生成液晶相需要较高的表面活性剂浓度，而在很低的表面活性剂浓度下就能得到MCM-41，即使合成立方相的MCM-48也不用很高的活性剂浓度。1.液晶模板（LCT）机理这个模型是由Beck等首先提出的。他们认为具有双亲基团的表面活性剂（如CTMAB）在水中达到一定浓度时可形成棒状胶束，并规则排列形成液晶结构。当硅源物质加入时，通过静电作用，硅酸根离子可与亲水的带电表面活性剂离子相结合，并附着在有机表面活性剂胶束的表面，并在其表面上形成无机墙，两者在溶液中共同聚沉，产物经水洗、干燥、煅烧除去表面活性剂，只留下骨架状规则排列的硅酸盐网络，从而得到介孔MCM-41材料，其合成过程的示意图下图所示。2.其它机理后来人们在液晶模板（LCT）机理基础上，又提出了许多种机理，分别如下：

棒状自组装模型；协同作用机理；

电荷密度匹配机理；

氢键-π-π-堆积协同作用机理

这些机理具有一定的普遍性，经过不断完善，能够解释不同合成体系及其实验结果，并且在一定程度上能够指导实验。MCM-48MCM-48合成比较困难，其具有特殊的结构，为三维孔道体系。通过控制合适的g值（1/2至2/3），更确切地说是增大表面活性剂靠近头的疏水部分的体积，即可得到高质量的MCM-48。二次合成介孔材料的一个主要用途是用作催化剂的载体，作为催化剂，其稳定性是非常重要的。可以通过增加壁厚或局部的有序，可以提高稳定性，这些都可以通过移植和重结晶方法来实现。重结晶能使介孔材料相完美。多数合成产物经过水热处理后其质量有明显改善，有时还伴随孔径的增大。其它组成杂原子取代的MCM-41倍受关注，因为它们具有潜在的作为载体、吸附剂和催化剂的应用前景。

人们已经合成出了取代的MCM-41和SBA-n。TiO2，ZrO2，Al2O3，Ga2O3和其它许多非硅介孔材料也已经被合成出来了。形体合成介孔材料的的许多应用都需要薄膜等形体制备，现在有一些方法制备特殊形体的介孔材料：

Ozin在溶液表面和载体云母的表面合成出了介孔分子筛膜；Ogawa使用溶胶-凝胶法，通过溶剂的挥发得到了介孔分子筛膜；使用TEOS作硅源，在油水双相静止体系中合成出了介孔SiO2纤维；通过正硅酸丁酯和丁醇的疏水性质来实现控制产物的形貌，从而得到了介孔SiO2小球。新进展介孔材料合成在以下几个方面发展较快：

对生成机理的理解；新的合成路线；取代的硅酸盐材料和非硅材料合成；各种形体的直接合成；潜在的应用研究，特备是催化方面。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界孔材料和大孔材料，如按产物的孔直径分类，主要有以下几种：

2～５nm，使用不同链长的表面活性剂作模板剂；

2～7nm，高温合成；

4～7nm，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；

4～11nm，二次合成﹙水-胺合成后处理﹚；

2～30nm，聚合物作模板剂；＞50nm，乳浊液作模板剂；＞150nm，胶体颗粒﹙模板剂﹚晶化。结构特征与应用结构特征：介孔材料的一大优势是：能够达到很大的表面积和孔道体积；但无定形的孔壁是其一大劣势，但是同时也有其特殊的优势：其骨架原子的限制比沸石小的多，因此，从理论上说，任何氧化物或氧化物混合物、其它无机化合物甚至金属都可以生成介孔材料化合物。

有序介孔材料的应用有序介孔材料自诞生起就得到国际物理学、化学与材料界的高度重视，并迅速成为跨学科研究的热点之一化工领域生物医药领域功能材料制备环境科学领域分子筛与多孔材料化学徐如人庞文琴等科学技术出版社649-658分离科学领域化工领域直接用作催化剂骨架引入Al或者Ti、V等金属离子------酸碱性和氧化性催化剂载体

氧化/还原；氢化；酸性催化；碱催化；卤化；生物催化；聚合；光催化

有序介孔材料具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔道结构，可以处理较大的分子或基团，是很好的择形催化剂。特别是在催化有大体积分子参加的反应中，有序介孔材料显示出优于沸石分子筛的催化活性。因此，有序介孔材料的使用为重油、渣油等催化裂化开辟了新天地。众所周知，TS-1和TS-2在烃类的氧化反应中具有独特的催化作用。然而，由于受催化剂孔径的限制，使它只适用于小分子参与反应。

1994年，Corma等人首次合成出了骨架含钛的介孔分子筛Ti-MCM-41，从而使钛硅分子筛的应用范围得到进一步的拓展。研究结果表明，以三丁基过氧化氢（THP）作为氧化剂，在313K时，THP于5小时后的转化率可达30%。环氧化产物的选择性为90%。然而，Ti-β沸石作为该反应的催化剂THP的转化率只能达到20%，Ti-ZSM-5则毫无活性。从这可以看出，在以大分子的有机过氧化物作为氧化剂的反应中，介孔材料比其它沸石分子筛更具有优势。CormaA,etal.JChemicalSociety-ChemicalCommunications,1994,147-148生物医药领域细胞/DNA的分离控释药物酶、蛋白质等的固定与分离

一般生物大分子如蛋白质、酶、核酸等，当它们的分子质量大约在1～100万之间时尺寸小于10nm，相对分子质量在1000万左右的病毒其尺寸在30nm左右。有序介孔材料的孔径可在2～50nm范围内连续调节和无生理毒性的特点使其非常适用于酶、蛋白质等的固定和分离。LeiCH,etal,JAmericanChemicalSociety,2002,124:11242-11243

青霉素酰化酶(Penicillinacylase,PGA)又称为青霉素酰胺酶或青霉素氨基水解酶,该酶属于球蛋白,分子量较大，

酶分子的平均动力学直径约为9nm,该酶在医药工业中应用价值巨大,催化水解青霉素后得到的产物6-氨基青霉烷酸(6-APA)是生产新型抗生素的中间体，介孔材料固定青霉素酰化酶的研究结果表明,酶固定后可保持活性.

用不同介孔材料固定青霉素酰化酶后,酶的热稳定性、pH稳定性和操作稳定性均得到增强,结果表明,固定化酶的稳定性与介孔材料的孔径有关,当介孔材料的孔径与酶分子大小相适应时,固定化酶的稳定性最好.ChongASM,ZhaoXS.CatalysisToday,2004,93–95:293–299裘式纶等.高等学校化学学报，2005，26（10）：1852—1854环境科学领域降解有机废物：介孔TiO2比纳米TiO2有更高的比表面积气体吸附剂汽车尾气处理水质净化介孔材料具有开放性孔道结构,窄的孔径分布及很高的比表面积和孔容,可作为良好的环境净化材料。活性炭是吸附废水中有机污染物最有效的吸附剂，但其再用回收率低。所以介孔材料成为人们感兴趣的焦点。SayariA,et.al，ChemistryMaterials,2005,

17:212-216苗小郁等化工进展2005,24(9):

998-1001吸附金属离子对Cu2+

、Ni2+

、Co2+具有快速吸附作用,在离子浓度较低时,去除率大于98%吸附有机污染物4-chloroguaiacol2,6-dinitrophenol吸附容量分别高达95和110mg/g贵金属铂在介孔材料中的组装及其催化性能研究得较为广泛，它是催化加氢的良好催化剂。很多研究表明负载了Pt的介孔材料对苯、菲和萘的催化加氢以及烯烃和1，3，5–三异丙基苯的氢化裂解都具有很高的催化活性。

Chen等人将贵金属Pt组装入含有Ce的氧化锆介孔材料，发现该催化剂催化NO氧化CO的反应温度较常规三效催化剂低约473K，为汽车尾气净化开辟了新的途径。YaoN,et.al

Micorporous

MesoporousMaterials,2001,44-45:377ChenHR,et.al.AdvancedMaterials,2003,15(13):1078中空介孔“夹心二氧化硅”球的内部还具有大量还原性有机基团。以这种中空介孔“夹心二氧化硅”纳米球作为纳米反应器，利用其内部丰富的活性基团和独特的空腔结构，通过“先壳后核”的策略，她们成功地制备出一种结构稳定的具有可调变纳米金内核的中空介孔“夹心二氧化硅”球。该制备方法简单高效，只需将“夹心二氧化硅”球浸渍到金前躯体后加热，即可在其内部制备出粒径大小可控的纳米金颗粒。纳米金对还原芳香族硝基化合物具有很好的催化作用，而金颗粒在“夹心二氧化硅”球的介孔壳层的保护下，更能有效阻止颗粒间的相互作用，防止团聚，从而保持了较高的稳定性，可以多次使用。

三维有序大孔（3DOM）方解石型碳酸钙单晶的仿生制备：使用由表面功能化的聚合物乳胶粒子所构筑的胶体晶体作为模板，采用减压抽吸的方法来促进无定形碳酸钙（ACC）的填充，经过原位晶化得到具有对称分枝形貌的三维有序大孔方解石单晶。分离科学领域

吸附剂

分离无机物分离有机小分子分离生物大分子和药物分子

色谱固定相有序介孔材料由于其孔径分布窄、比表面积大,作为色谱固定相。通常用作硅基质的色谱填料的多孔硅胶,其比表面积一般小于500m2/g，有序介孔硅胶的比表面可高达1600m2/g,孔径分布窄,并且由于孔形状和大小均一而有利于传质,有望成为具备良好分离能力的色谱填料。目前用作HPLC填料的有序介孔材料的主要有硅基MCM-41、MSU-n、SBA-3和SBA-15以及非硅基的氧化锆。徐丽等，分析化学，2005，32（3）：374—380DaiS,etal.ChemicalCommunications,2002,2680—2681GallisCW,etal.StudiesinSurfaceScienceandCatalysis,2000,129:747—755功能材料领域储能材料

有序介孔材料具有宽敞的孔道，可以在其孔道中原位制造出含碳或Pd等储能材料，增加这些储能材料的易处理性和表面积，达到传递储能的效果。功能材料在纳米孔道内的组装

介孔材料高的比表面积、规则有序的较沸石类分子筛大的孔径以及表面丰富的硅醇键使之非常适宜作为主体材料进行金属、金属氧化物和金属有机化合物等客体材料在其孔道内的组装，从而形成主客体材料。如果客体材料具有催化活性，则介孔材料主体就是催化剂的一种特殊载体，催化剂全部或部分被负载于主体材料的孔道内，这种主客体材料也成为一类特殊的负载型催化材料。NanodotsNanowiresNanorodsNanotubesPtAuGaNCarbonYangCT,etal.JPhysicalChemistryB,2005,109(38):17842-17847RyooR,etal.ChemicalCommunications,2003,17:2136-2137不同形状的功能材料大孔材料简介孔径在光波长范围内的有序大孔材料会有独特的光学性质和其它性质。一些合成方法：①使用修饰的胶体晶体作为模板剂合成氧化硅大孔材料；②在细菌细丝上矿化生成定向的大孔；③使用乳浊液作模板剂，利用溶胶-凝胶法。现代技术在多孔材料合成、结构鉴定和

性质研究方面的应用许多技术手段可以用于测定材料的结构性质如：衍射方法是研究晶体材料的长程周期性结构最有效的方法（小角XRD）光谱技术则对晶体和无定形材料中原子的局部环境更为敏感使用探针分子的吸附和扩散实验热分析催化反应测试等也可以间接获得一些结构信息。介孔材料的表征手段介孔材料表征手段自成一整套体系：固态结构x射线晶体衍射小角X射线衍射大角X射线衍射大角X射线衍射：确定试样是晶态物质还是不定型物质小角X射线衍射：确定是否有wormlike孔结构介孔材料的表征手段红外光谱：确定物质的各种基团，确定是否有骨架结构示差扫描量热法(DSC)和热重(TG)曲线来研究在加热过程中所发生化学反应，晶型转变及煅烧温度等SEM、TEM是来研究物质的形貌和粒径大小吸附法来研究介孔材料的比表面和孔径分布面临的问题

多数新型介孔分子筛合成路线复杂，成本较高，存在一些技术上的问题，因此还无法实现工业化,所以针对这一特点进行的研究应该继续深入寻找廉价、低毒、简便、快速的合成方法以及回收模板剂等降低成本的方法是介孔材料发展应该努力的方向通过介孔材料的修饰和改性或其他合成方法，优化介孔材料的性能进一步研究介孔材料结构与性能的关系，研究各种介孔材料具体的特殊性能，从而把介孔材料作为一种功能型器件运用于具体场合开辟道路发现更多的介孔材料的应用领域，真正发挥介孔和大孔的独特作用多孔材料的应用沸石作为吸附材料用途包括干燥、纯化和分离气体或液体。沸石是很好的择形催化剂，通过分子的形状和大小对过渡态或反应物进行选择，也是很好的酸催化剂和活性金属或反应基团的载体。沸石是很好的离子交换剂。大孔材料孔径在光波长范围内的有序大孔材料会有独特的光学性质和其他性质。1）使用修饰的胶体晶体作为模板剂合成氧化硅大孔材料。也合成大孔TiO2

材料2）在细菌细丝上矿化生成定向的大孔材料，（是大孔和介孔的复合材料）3）用乳浊液为模板剂得到了钛，硅和锆的大孔材料介孔材料-金属复合材料介绍制备方法应用展望

介孔材料中-纳米金属复合材料的设计介孔材料的发展

1992Mobil公司科学家Beck等人报道了介孔材料M41S

1998Zhao等人首次报道了介孔材料SBA-15规整孔道结构较大比表面积较窄的孔径分布可调的孔径尺寸催化剂催化剂载体吸附分离剂有机官能团金属化合物金属等+载体中孔氧化硅、中孔氧化铝、中孔碳等担载物金属Ag,Au,Pt,Pd,Ni,Co,Cu,Rh,Ru,Cr,Eu等氧化物,硫化物NiO,ZnO,TiO2,V2O5,MnO2,Fe2O3,MoO3,ZnS,CdS等有机官能团(RO)3Si(CH2)3SH、(RO)3Si(CH2)3Cl、(RO)3Si(CH2)2R’、(RO)3Si(CH2)2NH2、(RO)3Si(CH2)2OCH2-CH(O)CH2等载体中孔氧化硅、中孔氧化铝、中孔碳等担载物金属Ag,Au,Pt,Pd,Ni,Co,Cu,Rh,Ru,Cr,Eu等氧化物,硫化物NiO,ZnO,TiO2,V2O5,MnO2,Fe2O3,MoO3,ZnS,CdS等有机官能团(RO)3Si(CH2)3SH、(RO)3Si(CH2)3Cl、(RO)3Si(CH2)2R’、(RO)3Si(CH2)2NH2、(RO)3Si(CH2)2OCH2-CH(O)CH2等制备方法后处理法共合成法浸渍法表面修饰法离子交换法化学沉积法直接引入颗粒法等浸渍法表面修饰法离子交换法共合成法浸渍法

简单方便，易于制备纳米丝

形态不易控制

聚集严重P.Yangetal.,Chem.Commun.2000,1063–1064G.D.Stuckyetal.,Chem.Mater.2000,12,2068-2069还原或热解Ag/SBA-15Au,Ag,Pt/SBA-15

缓解聚集现象

形态同样不易控制S.Daietal.,Chem.Mater.2002,14,965Pd/SBA-15Ni/SBA-15Cu/SBA-15表面修饰法有机官能团-NH2,-SH金属前体后处理J.L.Shietal.,Adv.Mater.2005,17,557

Y.Shan,L.Gao,Mater.Chem.Phy.2005,89,412Au/SBA-15(CH3O)3Si(CH2)3NH2or(CH3O)3Si(CH2)3NH(CH2)2NH2CdS/SBA-15(CH3O)3Si(CH2)3NH2andCOOH(CH2)2SHPt/SBA-15Pd/SBA-151.外表面CH3中毒2.内表面Si-H修饰金属盐前体原位还原J.L.Shietal.,Adv.Mater.2002,14,1510

J.L.Shietal.,Adv.Mater.2004,16,1079(a)SBA-CH3;(b)SBA-H;(c)Pd-SBA离子交换法K.Chaoetal.,Chem.Mater.2003,15,275TPTAC:(OCH3)3Si(CH2)3N(CH3)3ClPt/SBA-15Au/SBA-15共合成法在介孔材料合成前体中加入纳米金属颗粒或金属盐前体

粒径可控

分布位置不可控G.A.Somorjaietal.,Nano

Lett.2002,2,907

G.A.Somorjaietal.,Langmuir2003,19,4396Au/SBA-15Sol-GelHydrogenationofEthylene（乙烯）H.Songetal.,J.Am.Chem.Soc.,2006,128,3027EthyleneHydrogenationTurnoverRatesandKineticParametersonPtCatalysts应用

A.Muramatsuetal.,Chem.Commun.2005,348Hydrogenationof1-octene（辛烯）CatalyticActivitiesin1-octeneHydrogenationY.Jiang,Q.Gao,J.Am.Chem.Soc.,2006,128,716HydrogenationofallylalcoholHydrogenationActivitiesandSelectivityoftheCatalystsY.Jiang,Q.Gao,J.Am.Chem.Soc.,2006,128,716Hydrogenationofallylalcohol(丙烯醇)介孔材料的应用择形吸附与分离选择性催化半导体传感和生物传感电容、电极、储氢材料信息储运介孔材料的应用择形吸附与分离介孔材料存储量高，表面凝缩特性优良，对不同极性、不同分子结构和不同有效体积的分子具有择形吸附和选择性分离作用，并成为纳米组装、选择性催化等应用开发的重要基础。介孔碳分子筛材料：表现出对CH4和N2的择形吸附特性。筛孔结构规整，孔径分布窄，比表面积大，达1300~1800m2/g，在对有害废气吸附分离与分解方面也有重要用途。利用介孔碳组装特定纳米粒子，常温常压下择形吸附光活化分解有害废气SO2、CO、NO等。在水处理方面，引入介孔级矿物纳米粒子，可高效、低成本地吸附生活用水中的有机废弃物分子以及无机有害离子。在医疗方面，介孔材料吸附药剂分子后在药物缓释与靶向释放方面也有重要应用。介孔材料的应用选择性催化介孔壁对反应物分子有强的相互作用，不同基质和介孔孔径以及介孔阵列对不同的反应物特别是分子结构差异较大的物质有不同的相互作用和选择性催化作用。利用不同化学组成的物质制备介孔材料将在选择性定位催化，特别是高效转化方面具有广泛用途。常温光照条件下，采用介孔Ta2O5吸附水气可分解得到H2和O2，掺Cu，Ni后，水气吸附量提高，水分解速率翻倍。TiO2，V2O5纳米粒子/介孔硅粉体催化氧化丙烷，并对线性聚乙烯纳米晶纤维进行催化聚合Pt纳米束/介孔碳组装体在燃料电池中催化解离氧气介孔ZrO2，CeO2与Pt纳米粒子组装催化分解甲醇、对苯进行催化加氢介孔材料的应用半导体传感和