新型手性有序介孔材料的合成研究(2)

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1.2介孔材料以及有序介孔材料论文网

有序介孔材料是在传统的沸石以及分子筛基础上发展而来的，近年来新的制备方法被研究出来，使得其孔径可以在大范围内被人为所控制。其方法就是采用所谓的模板机制[2-3]（template mechanism）：利用表面活性剂形成胶束并将其作为模板。由于表面活性剂的一端为疏水基团（亲油基），另一端亲水基团，亲水基倾向于存在水中；而疏水基则受到水分子的排斥，倾向于离开水，与沸石有机模板剂相反，这些表面活性剂在水溶液中会形成复杂的超分子结构，表面活性剂倾向于聚集在一起形成胶束从而降低能量，胶束的中心部分为疏水基，外表面为亲水基，胶束主要形成为球状，柱状以及层状。在表面活性剂浓度较低时自组结构为胶束，而在浓度较高时形成液晶。

有序的介孔材料的合成最早始于1970年[1]，日本的科学家在1990年也已经开始了它的合成工作[2],然而直到1992年Mobil的MCM-41等介孔材料的报道才真正引起了人们对介孔材料的广泛关注，并且被认为是有序介孔材料合成的真正的开始。他们用表面活性剂作为模板剂，合成了M41S介孔材料[3-4]，M41S系列介孔材料包括MCM-48（立方相），MCM-41（六方相）和MCM-50（层状结构）。

尽管制备有序介孔材料的方法会有不同，但其核心的依据还是溶胶-凝胶法。其基本过程为：采用表面活性剂为模板剂，以其形成的超分子结构做为模板，通过溶胶-凝胶的过程，在有机物和无机物之间的界面的引导作用下，自组装成孔径介于2~50nm，孔径分布窄并且孔道结构规则有序的介孔材料。

介孔材料的优点在于它拥有一些其他多孔材料所不具备的优异性：

（1）具有高度有序的孔道结构，基于微观尺度上的孔道高度有序性；

（2）孔径为单一分布，且孔径的尺寸可以在很大的范围内进行调节（1.3~30nm）

（3）可以形成不同的孔壁（骨架），结构和性质，介孔可以形成不同形状；

（4）无机组分的多样性；

（5）高孔隙率以及很大的比表面积；

（6）经过优化合成调节或后处理，可以具有很好的水热稳定性和热稳定性；

（7）在微观结构上，介孔材料的孔壁为无定形，这与微孔分子筛的有序骨架结构有很大差别，但这并不意着孔壁一定不存在微孔；

（8）颗粒具有规则外形，并且可控制其具有不同形体外貌（微米级）；

（9）具有广泛的应用前景，如生物过程，大分子催化，功能材料，选择吸附等；

1.3 有序介孔材料的合成以及其生成机理文献综述

1.3.1 介孔材料的合成机理

有关有序介孔材料的合成机理有很多种[5]，但最具代表性的为Mobil公司的科学家们提出的协同作用机理和液晶模板机理，其他方法都是在这两种机理的基础上进行补充、改进和完善的。

1.3.2 协同作用机理(cooperative formation mech—anism)

该机理认为：表面活性剂的液晶相是在加人无机反应物之后形成的，是无机物种和胶束相互作用的结果（具体表现为无机物种的缩聚反应对胶束形成液晶相结构有序体有促进作用和胶束加速了无机物种的缩聚反应），此液晶作为介孔结构生成的模板剂，如图1-1（2）所示。该机理具有一定的普遍性，不仅能解释实验现象以及实验结果，还可以在一定程度上指导实验进行。