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1、内容简介：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第1页/共22页多孔材料的分类多孔材料的分类孔径小于孔径小于2nm2nm孔径在孔径在250nm250nm之间之间孔径大于孔径大于50nm50nm微孔材料介孔材料大孔材料第2页/共22页定义：定义：有序介孔材料是以表面活性剂分子聚集体为模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、孔径介于界面作用组装生成的孔道规则、孔径介于2-50nm2-50nm的多的多孔材料。孔材料。特性比表面积
2、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、热稳定性较好第3页/共22页有序介孔硅材料的合成过程示意图有序介孔硅材料的合成过程示意图 第4页/共22页1992199219921992年年年年MobilMobilMobilMobil公司的科学家首次报道合成了公司的科学家首次报道合成了公司的科学家首次报道合成了公司的科学家首次报道合成了M41MM41MM41MM41M系列介孔分子筛。系列介孔分子筛。系列介孔分子筛。系列介孔分子筛。它们具有规整有序的孔道结构，比表它们具有规整有序的孔道结构，比表它们具有规整有序的孔道结构，比表它们具有规整有序的孔道结构，比表面积
3、大，孔径在面积大，孔径在面积大，孔径在面积大，孔径在1.51.51.51.510nm10nm10nm10nm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：潮。近年有序介孔材料的研究可归纳如下：潮。近年有序介孔材料的研究可归纳如下：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
4、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）：374380Kresge C T,et al.Nature,1992,359:710-712第5页/共22页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 非硅材料第6页/共22页 有序介孔材料的应用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
5、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分离科学领域第7页/共22页化工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。第8页/共22页众所周知，众所周知，TS-1和和TS
6、-2在烃类的氧化反应中具有独特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。适用于小分子参与反应。1994年，年，Corma等人首次合成出了骨架含钛的介孔分等人首次合成出了骨架含钛的介孔分子筛子筛Ti-MCM-41，从而使钛硅分子筛的应用范围得到，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）作为氧化剂，在313K时，时，THP于于5小时后的小时后的转化率可达转化率可达30%。环氧化产物的选择性为。环
7、氧化产物的选择性为90%。然而，。然而，Ti-沸石作为该反应的催化剂沸石作为该反应的催化剂THP的转化率只能达到的转化率只能达到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。比其它沸石分子筛更具有优势。Corma A,et al.J Chemical Society-Chemical Communications,1994,147-148第9页/共22页生物医药领域生物医药领域细胞/DNA的分离控释药物酶、蛋白质等的固定与分离 一般生
8、物大分子如蛋白质、酶、核酸等，当它们的分子质量大约在1100万之间时尺寸小于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250nm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。Lei C H,et al,J American Chemical Society,2002,124:11242-11243 第10页/共22页青霉素酰化酶青霉素酰化酶(Penicillin acylase,PGA)又称为青霉素酰胺酶或青霉素氨基又称为青霉素酰胺酶或青霉素氨基水解酶水解酶,该酶属于球蛋白该酶属于球蛋白,分子量较大，分子量较大，酶分子的平
9、均动力学直径约为酶分子的平均动力学直径约为9 nm,9 nm,该酶在医药工业中应用价值巨大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催化水解青霉素后得到的产物6-6-氨基青霉烷氨基青霉烷酸酸(6-APA)(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结果表明,酶固定后可保持活性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.Chong
10、 A S M,Zhao X S.Catalysis Today,2004,9395:293299裘式纶等.高等学校化学学报，2005，26（10）：18521854第11页/共22页环境科学领域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。第12页/共22页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。以介孔材料成为人们感兴趣的焦点。Saya
11、ri A,et.al，Chemistry Materials,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-chloroguaiacol 2,6-dinitrophenol吸附容量分别高达 95 和110 mg/g第13页/共22页贵金属铂在介孔材料中的组装及其催化性能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研究得较为广泛，它是催化加氢的良好催化剂。剂。很多研究表明负载了很多研究表明负载了PtPt的介
12、孔材料对苯、的介孔材料对苯、菲和萘的催化加氢以及烯烃和菲和萘的催化加氢以及烯烃和1 1，3 3，5 5 三三异丙基苯的氢化裂解都具有很高的催化活性。异丙基苯的氢化裂解都具有很高的催化活性。Chen Chen等人将贵金属等人将贵金属PtPt组装入含有组装入含有CeCe的氧化锆介孔材料，的氧化锆介孔材料，发现该催化剂催化发现该催化剂催化NONO氧化氧化COCO的反应温度较常规三效催化的反应温度较常规三效催化剂低约剂低约473K473K，为汽车尾气净化开辟了新的途径。，为汽车尾气净化开辟了新的途径。Yao N,et.al Micorporous Mesoporous Materials,2001,4
13、4-45:377Chen H R,et.al.Advanced Materials,2003,15(13):1078第14页/共22页分离科学领域分离科学领域 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500 m2/g，有序介孔硅胶的比表面可高达1600 m2/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
14、及非硅基的氧化锆。徐丽 等，分析化学，2005，32（3）：374380Dai S,et al.Chemical Communications,2002,2680 2681Gallis C W,et al.Studies in Surface Science and Catalysis,2000,129:747755第15页/共22页功能材料领域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
15、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。第16页/共22页NanodotsNanowiresNanorodsNanotubesPtAuGaNCarbonYang C T,et al.J Physical Chemistry B,2005,109(38):17842-17847Ryoo R,et al.Chemical Communications,2003,17:2136-
16、2137不同形状的功能材料第17页/共22页面临的问题面临的问题 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第18页/共22页前景展望前景展望介孔分子筛是近年来材料科学领域兴起的一个前沿
17、学科，已成为当今科学界研究的一个热点。近期的研究表明各种新型的介孔材料在化学、光电子学、电磁学、材料科学、环境科学、分离科学等诸多领域有着巨大的应用潜力。相信，介孔分子筛功能材料将在二十一世纪材料科学的发展中发挥重要的作用。第19页/共22页参考文献：参考文献：1.徐丽 等，分析化学，2005，32（3）：3743802.Jana S K,et al.Applied Catalysis A:General,2003,245:33413.Chong A S M,Zhao X S.Catalysis Today,2004,9395:2932994.苗小郁 等.化工进展,2005,24(9):998
18、-10015.Sayari A,et al.Chemistry Materials.2005,17:212-2166.Dai S,et al.Chemical Communications,2002,2680 26817.Gallis C W,et al.Studies in Surface Science and Catalysis,2000,129:7477558.Yao N,et al.Micorporous Mesoporous Materials,2001,44-45:3779.Chen H-R,et al.Advanced Materials,2003,15(13):1078-10
19、8110.Ryoo R,et al.Chemical Communications,2003,17:2136-213711.Yang C T,et al.J Physical Chemistry B,2005,109(38):17842-1784712.分子筛与多孔材料化学 徐如人 庞文琴等 科学技术出版社 649-65813.Lei C H,et al.J American Chemical Society,2002,124:11242-11243 14.裘式纶等.高等学校化学学报,2005，26（10）：1852185415.Corma A,et al.J Chemical Society-Chemical Communications,1994,147-14816.Kresge C T,et al.Nature,1992,359:710-712第20页/共22页transitional page谢谢大家，敬请指正。第21页/共22页感谢您的观看！第22页/共22页