含能分子在介孔氧化硅SBA-15孔道中的吸附和自组装行为研究

摘要

有序介孔材料具有高比表面、孔道形貌排列多样化、孔径尺寸可调以及孔容较大等特点，自1992年MCM-41系列介孔氧化硅材料被首次报道以来，经过二十年的长足发展，介孔材料已经在催化、生物、电化学、气体吸附、色谱分离、传感器研究等领域显示了广泛的应用前景。然而，介孔-材料用于含能材料(主要包括推进剂，炸药，和烟火剂)研究的报道并不多见，同样，含能材料也鲜有用于介孔材料研究的报道。从结构上来看，含能材料和介孔材料具有许多相互关联的结合点，两个不同的学科具备交叉融合的前提条件。
　　 本论文选择介孔材料和含能材料作为主要研究对象。全文始终围绕两种材料的关联和复合这一主线来展开。第二章讨论含能材料用于脱除介孔材料模板剂的可能性；第三章讨论介孔材料对含能材料的选择吸附；第四章讨论含能材料在介孔材料孔道中的自组装行为。
　　 论文第一章，综述了介孔材料在过去二十年的研究进展，特别对其应用研究进行了重点介绍。在结合含能材料的特点及发展方向的基础上，提出了关联介孔材料和含能材料研究的可能性和重要意义。
　　 论文第二章，采用高氯酸铵/酸溶液氧化方法脱除介孔氧化硅SBA-15(p6mm)的模板剂。酸的性质及浓度对模板剂的脱除效果有显著影响，通常酸性越强、浓度越高，脱除效果越好。结果表明，浓硝酸是最好的酸助剂，经高氯酸铵/浓硝酸氧化体系在1OO℃处理后模板剂几乎被完全脱除，材料结构高度有序，骨架没有发生明显收缩，孔道表面保留了大量的硅羟基。该策略也适用于多种具有不同对称性介孔氧化硅(如Fm3m，Im3m，Ia3d等结构)模板剂的脱除。
　　 论文第三章，以高氯酸铵/浓硝酸氧化处理后的SBA-15为吸附材料，考察它对含能材料的吸附行为。结果表明，在TNT，RDX，HMX三种含能材料中，SBA-15对HMX具有较强的吸附能力和较高的选择性。对孔结构的进一步研究发现，无孔氧化硅对含能材料没有吸附能力；活性炭对三种含能材料都显示出较高的吸附能力，选择性较差。对比研究说明SBA-15是一种较好的预富集材料，有望应用于HMX的分离和检测。
　　 论文第四章，考察含能材料在介孔材料纳米孔道中的自组装行为。选择HNIW作为客体材料，高氯酸铵/浓硝酸氧化处理后的SBA-15为主体材料，通过溶剂挥发诱导自组装法制备主客体含能复合材料。复合材料中HNIW的最高含量可达70wt％左右。热分解性能测试表明，与纯HNIW和简单的物理混合物相比，复合材料的分解温度降低，能量释放更加快速，放热量增大。因此，材料的热性能得到了明显的改善。