介孔分子筛的制备及纳米ZnO团簇的组装

摘要

有序介孔分子筛M41S系列是近年来出现的崭新的材料体系，揭开了分子筛科学的新纪元。作为一种新型功能材料，其显著的特点是具有规则排列、大小均匀、高度有序的孔道结构和极高的比表面积，在大分子的吸附、分离、催化，尤其是纳米材料的组装化学领域都有着广泛的应用前景。 超临界流体(SCF)具有独特的物理化学性质，兼有良好的气体扩散性和液体溶解性，可作为流动相进行介孔材料模板剂的萃取。其中超临界CO<,2>(sc-CO<,2>)凭借其低的临界温度31.08℃、适中的临界压力7.38MPa、低成本、无毒、无污染、低反应活性等优点，在生物医药、分离纯化、高分子合成、材料制备等多项领域得到广泛发展。 本论文主要合成出高质量的有序介孔材料，通过选择性功能化改性材料的表面，利用超临界CO<,2>萃取材料中的模板剂，最后在得到的介孔材料的孔道内组装纳米ZnO半导体团簇材料： (1)以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，正硅酸乙酯为硅源，按照一定的比例在碱性条件下水热合成MCM-41、MCM-48介孔材料，探索具体的合成条件，制各出高质量的介孔材料，为进一步组装纳米团簇作准备。 (2)以苯基三甲氧基硅烷、乙二胺基硅烷偶联剂作为表面改性剂，对介孔材料的内外表面分别进行选择性功能化改性，使外表面的自由羟基钝化，进而保证负载化反应发生在介孔材料的内表面。 (3)采用甲醇/二氯甲烷改性的sc-CO<,2>萃取介孔材料中的模板剂，找到最佳萃取条件。相比于高温煅烧除模的方法，该法萃取出的介孔材料保持原来的结构不变，具有很高的有序度和大的孔径，不破坏外表面偶联上的有机官能团。同时萃取出的模板剂可以回收重复利用。 (4)经过选择性改性、超临界萃取得到的介孔材料，利用化学方法吸附Zn<'2+>，形成有机-无机复合材料。分别经过高温煅烧和03氧化两种方法除掉有机成分，在介孔材料孔道中合成半导体ZnO团簇。通过制备贵金属氧化物证明利用O<,3>制备氧化物团簇的方法能实现低温操作，阻止高温离子迁移，确保生成的团簇均匀的分布在介孔孔道内而不出现在外表面，同时更好地保持介孔材料结构有序性。这种方法可以应用于制备其他贵金属氧化物。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1文献综述

1.1介孔分子筛的合成研究

1.1.1介孔分子筛MCM-48的合成进展

1.1.2介孔分子筛的合成机理

1.1.3表面活性剂与无机物种间的作用力

1.2超临界流体技术的应用

1.2.1超临界流体及其性质

1.2.2 sc-CO2萃取模板剂

1.2.3 sc-CO2渗透功能性硅基基团

1.3介孔分子筛的表面化学改性

1.3.1表面化学改性的目的

1.3.2介孔材料化学改性的原理

1.3.3介孔材料的表面改性方法

1.4纳米半导体材料在介孔材料中的组装

1.5最新进展

1.6本文的研究背景和主要研究内容

2介孔材料的合成及表面改性

2.1引言

2.2介孔材料MCM-41的合成

2.2.1实验部分

2.2.2结果与讨论

2.3介孔材料MCM-48的合成

2.3.1实验部分

2.3.2结果与讨论

2.4介孔分子筛的表面选择性功能化改性

2.4.1实验部分

2.4.2结果与讨论

2.5本章小结

3超临界萃取外表面改性的介孔材料中的模板剂

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验试剂

3.2.2萃取过程

3.2.3热重分析

3.3结果与讨论

3.3.1超临界CO2萃取母体材料MCM-41

3.3.2超临界CO2萃取母体材料MCM-48

3.4本章小结

4介孔材料中ZnO纳米团簇的合成

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验试剂及仪器

4.2.2材料合成

4.2.3金属含量的测定

4.2.4材料表征

4.3结果与讨论

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢