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標(biāo)題有 序 介 孔 材 料

   

提供者：北京金埃譜科技有限公司    發(fā)布時(shí)間：2012/7/26   閱讀次數(shù)：542次 >>進(jìn)入該公司展臺(tái)
 
有序介孔材料是上世紀(jì)90年代迅速興起的新型納米結(jié)構(gòu)材料，它一誕生就得到國際物理學(xué)、化學(xué)與材料學(xué)界的高度重視，并迅速發(fā)展成為跨學(xué)科的研究熱點(diǎn)之一。有序介孔材料是以表面活性劑形成的超分子結(jié)構(gòu)為模板，利用溶膠—凝膠工藝，通過有機(jī)物—無機(jī)物界面間的定向作用，組裝成孔徑在 2~30nm 之間孔徑分布窄且有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的無機(jī)多孔材料。有序介孔材料引起廣大科研人員的注意是在 1992 年 Mobil 公司的科學(xué)家們制備出 M41S 系列的有序介孔氧化硅鋁材料以后。介孔材料的發(fā)展，不僅將分子篩由微孔范圍擴(kuò)展至介孔范圍，而且使得大分子吸附、催化反應(yīng)、藥物存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)裙I(yè)，醫(yī)藥應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。
　　事實(shí)上，有序介孔材料的合成早在 1971 年就已經(jīng)開始，只是 1992 年 Mobil 公司的報(bào)道才引起人們的注意，并被認(rèn)為是有序介孔材料合成的開始，科學(xué)家們利用表面活性劑作分子模板合成了 M41S 系列的介孔材料，包括 MCM-41 （六方相）、 MCM-48 （立方相）和 MCM-50 （層狀機(jī)構(gòu)）。這個(gè)成功可以和 Mobil 的科學(xué)家們?cè)?span lang="EN-US"> 20 世紀(jì) 70 年代的另一成果， ZSM-5 的成功合成相提并論。這兩個(gè)例子都是通過控制孔道尺寸和形狀來得到有特殊分子篩性質(zhì)的多孔材料，沸石的微孔將反應(yīng)物的尺寸限制在約 1nm 以下，即使通過孔道修飾與改性，也受到孔徑尺寸的限制，介孔材料的出現(xiàn)為這些問題的解決提供了可能。介孔材料具有規(guī)則的介孔孔道（ 2~50nm ），較大的比表面積和孔道體積，這是介孔材料的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，另一方面介孔孔道又無定型孔壁構(gòu)成，因此與微孔分子篩相比，介孔材料由較低的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性，近年來 SBA-15 、 MAS-7 和 MAS-9 的出現(xiàn)在一定程度上改善了這方面的弱點(diǎn)。但是介孔材料有其特殊的優(yōu)點(diǎn)，這就是他的骨架原子的限制比沸石的小的多，理論上講，任何氧化物或氧化物的復(fù)合物，無機(jī)化合物甚至金屬都可以成為介孔材料化合物，事實(shí)上，也已經(jīng)有多種非硅介孔材料被合成出來，如 TiO2 、 ZrO2 、 Al2O3 、 Ga2O3 等。
　　有序介孔材料雖然目前尚未獲得大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，但它所具有的孔道大小均勻、排列有序、孔徑可在2－50nm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)等特性，使其在分離提純、生物材料、催化、新型組裝材料等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。
　　化學(xué)化工領(lǐng)域
　　有序介孔材料具有較大的比表面積，相對(duì)大的孔徑以及規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)，可以處理較大的分子或基團(tuán)，是很好的擇形催化劑。特別是在催化有大體積分子參加的反應(yīng)中，有序介孔材料顯示出優(yōu)于沸石分子篩的催化活性。因此，有序介孔材料的使用為重油、渣油等催化裂化開辟了新天地.比表面及孔徑分布測定儀V-Sorb 2800P是金埃譜科技自主研發(fā)的全自動(dòng)智能化比表面積和孔徑檢測儀器,采用靜態(tài)容量法測量原理.相比國內(nèi)同類產(chǎn)品,多項(xiàng)獨(dú)創(chuàng)技術(shù)的采用使產(chǎn)品整體性能更加完善,測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性進(jìn)一步提高,測試過程的穩(wěn)定性更強(qiáng),達(dá)到國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平,部分功能超越國外產(chǎn)品.有序介孔材料直接作為酸堿催化劑使用時(shí)，能夠改善固體酸催化劑上的結(jié)炭，提高產(chǎn)物的擴(kuò)散速度，轉(zhuǎn)化率可達(dá)90％，產(chǎn)物的選擇性達(dá)100％。除了直接酸催化作用外，還可在有序介孔材料骨架中摻雜具有氧化還原能力的過渡元素、稀土元素或者負(fù)載氧化還原催化劑制造接枝材料。這種接枝材料具有更高的催化活性和擇形性，這也是目前開發(fā)介孔分子篩催化劑最活躍的領(lǐng)域。
　　有序介孔材料由于孔徑尺寸大，還可應(yīng)用于高分子合成領(lǐng)域，特別是聚合反應(yīng)的納米反應(yīng)器。由于孔內(nèi)聚合在一定程度上減少了雙基終止的機(jī)會(huì)，延長了自由基的壽命，而且有序介孔材料孔道內(nèi)聚合得到的聚合物的分子量分布也比相應(yīng)條件下一般的自由基聚合窄，通過改變單體和引發(fā)劑的量可以控制聚合物的分子量。并且可以在聚合反應(yīng)器的骨架中鍵入或者引入活性中心，加快反應(yīng)進(jìn)程，提高產(chǎn)率。
　　在環(huán)境治理和保護(hù)方面用于降解有機(jī)廢料，用于水質(zhì)凈化和汽車尾氣的轉(zhuǎn)化處理等。在高技術(shù)先進(jìn)材料領(lǐng)域，用于貯能材料用于功能納米客體在介孔材料中的組裝，如組裝有發(fā)光性能的客體分子，用于發(fā)光，組裝光化學(xué)活性物質(zhì)，允許利用介孔材料的大表面積的優(yōu)點(diǎn)，制備出比常規(guī)光學(xué)材料更優(yōu)異的新型介孔結(jié)構(gòu)的光學(xué)材料，如中科院上海硅酸鹽研究所施劍林組制備的具有超快非線性光學(xué)相應(yīng)的介孔復(fù)合薄膜。介孔材料的光學(xué)應(yīng)用， 2000 年 Stucky G D 等已撰文作過論述。在均勻介孔孔道中通過高分子聚合，然后用化學(xué)方法除去介孔孔壁，可形成具有規(guī)則介孔孔道結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電高分子材料，利用納米介孔材料規(guī)整的孔道作為“微反應(yīng)器”和它的載體功能合成出異質(zhì)納米顆粒，或量子線復(fù)合組裝體系具有特別的優(yōu)勢。由于孔道尺寸的限制和規(guī)整作用而產(chǎn)生的小尺寸效應(yīng)及量子效應(yīng)，已觀測到這類復(fù)合材料可以顯示出特殊的光學(xué)特性和電、磁性能，如改性后的介孔氧化鋯材料顯示出特殊的室溫光致發(fā)光現(xiàn)象。這些都可以為介孔及其復(fù)合材料在光學(xué)為器件、微傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用，進(jìn)行開發(fā)研究。
　　有序介孔材料作為多孔材料的分支，其快速發(fā)展也來自工業(yè)（如石油化工，精細(xì)化工）中的實(shí)際應(yīng)用需求。同時(shí)，我們還應(yīng)該看到，由于有序介孔材料的孔道尺寸在 2~50nm 范圍，這為制備新型納米材料和納米復(fù)合材料提供了一個(gè)“反應(yīng)容器”，或叫做“工具”。而 1992 年 M41S 出現(xiàn)時(shí)，恰值納米科技高速發(fā)展的時(shí)期，其間人們制備出許多納米尺寸、納米結(jié)構(gòu)的新材料，典型的如碳納米管的研究。我想另一方面，正是 20 世紀(jì)末，納米科技的發(fā)展帶動(dòng)了有序介孔材料的發(fā)展。
　　生物醫(yī)藥領(lǐng)域
　　一般生物大分子如蛋白質(zhì)、酶、核酸等，當(dāng)它們的分子質(zhì)量大約在1～100萬之間時(shí)尺寸小于10nm，相對(duì)分子質(zhì)量在1000萬左右的病毒其尺寸在30nm左右。有序介孔材料的孔徑可在2－50nm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)和無生理毒性的特點(diǎn)使其非常適用于酶、蛋白質(zhì)等的固定和分離。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葡萄糖、麥芽糖等合成的有序介孔材料既可成功的將酶固化，又可抑制酶的泄漏，并且這種酶固定化的方法可以很好地保留酶的活性。
　　生物芯片的出現(xiàn)是近年來高新技術(shù)領(lǐng)域中極具時(shí)代特征的重大進(jìn)展，是物理學(xué)、微電子學(xué)與分子生物學(xué)綜合交叉形成的高新技術(shù)。有序介孔材料的出現(xiàn)使這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展，在不同的有序介孔材料基片上能形成連續(xù)的結(jié)合牢固的膜材料，這些膜可直接進(jìn)行細(xì)胞/DNA的分離，以用于構(gòu)建微芯片實(shí)驗(yàn)室。
　　藥物的直接包埋和控釋也是有序介孔材料很好的應(yīng)用領(lǐng)域。有序介孔材料具有很大的比表面積和孔容，可以在材料的孔道里載上卟啉、吡啶，或者固定包埋蛋白等生物藥物，通過對(duì)官能團(tuán)修飾控釋藥物，提高藥效的持久性。利用生物導(dǎo)向作用，可以有效、準(zhǔn)確地?fù)糁邪凶尤绨┘?xì)胞和病變部位，充分發(fā)揮藥物的療效。
　　環(huán)境和能源領(lǐng)域
　　有序介孔材料作為光催化劑用于環(huán)境污染物的處理是近年研究的熱點(diǎn)之一。例如介孔TiO2比納米TiO2（P25）具有更高的光催化活性，因?yàn)?/span>介孔結(jié)構(gòu)的高比表面積提高了與有機(jī)分子接觸，增加了表面吸附的水和羥基，水和羥基可與催化劑表面光激發(fā)的空穴反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基，而羥基自由基是降解有機(jī)物的強(qiáng)氧化劑，可以把許多難降解的有機(jī)物氧化為CO2和水等無機(jī)物。此外，在有序介孔材料中進(jìn)行選擇性的摻雜可改善其光活性，增加可見光催化降解有機(jī)廢棄物的效率。
　　目前生活用水廣泛應(yīng)用的氯消毒工藝雖然殺死了各種病菌，但又產(chǎn)生了三氯甲烷、四氯化碳、氯乙酸等一系列有毒有機(jī)物，其嚴(yán)重的“三致”效應(yīng)（致癌、致畸形、致突變）已引起了國際科學(xué)界和醫(yī)學(xué)界的普遍關(guān)注。通過在有序介孔材料的孔道內(nèi)壁上接校γ－氯丙基三乙氧基硅烷，得到功能化的介孔分子篩CPS－HMS，該功能性介孔分子篩去除水中微量的三氯甲烷等效果顯著，去除率高達(dá)97％。經(jīng)其處理過的水體中三氯甲烷等濃度低于國標(biāo)，甚至低于飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
　　有序介孔材料在分離和吸附領(lǐng)域也有獨(dú)特應(yīng)用。在溫度為20％－80％范圍內(nèi)，有序介孔材料具有可迅速脫附的特性，而且吸附作用控制濕度的范圍可由孔徑的大小調(diào)控。同傳統(tǒng)的微孔吸附劑相比，有序介孔材料對(duì)氬氣、氮?dú)�、揮發(fā)性烴和低濃度重金屬離子等有較高的吸附能力。采用有序介孔材料不需要特殊的吸附劑活化裝置，就可回收各種揮發(fā)性有機(jī)污染物和廢液中的鉛、汞等重金屬離子。而且有序介孔材料可迅速脫附、重復(fù)利用的特性使其具有很好的環(huán)保經(jīng)濟(jì)效益。
　　有序介孔材料具有寬敞的孔道，可以在其孔道中原位制造出合碳或Pd等儲(chǔ)能材料，增加這些儲(chǔ)能材料的易處理性和表面積，使能量緩慢地釋放出來，達(dá)到傳遞儲(chǔ)能的效果。
　　目前在國內(nèi)已有北京化工大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、吉林大學(xué)、中國科學(xué)院等多家科研機(jī)構(gòu)和單位從事有序介孔材料的研究開發(fā)工作。可以相信，隨著研究工作的進(jìn)一步深入，有序介孔材料像沸石分子篩那樣作為普通多孔性材料應(yīng)用于工業(yè)已不遙遠(yuǎn)。
 

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