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有 序 介 孔 材 料 简 介 有序介孔材料是以表面活性剂形成的超分子结构为模板，利用溶胶—凝胶工艺，通过有机物—无机物界面间的定向作用，组装成孔径在 2~30nm 之间孔径分布窄且有规则孔道结构的无机多孔材料。有序介孔材料引起广大科研人员的注意是在 1992 年 Mobil 公司的科学家们制备出 M41S 系列的有序介孔氧化硅铝材料以后。介孔材料的发展，不仅将分子筛由微孔范围扩展至介孔范围，而且使得大分子吸附、催化反应、药物存储、运输等工业，医药应用得以实现。 事实上，有序介孔材料的合成早在 1971 年就已经开始，只是 1992 年 Mobil 公司的报道才引起人们的注意，并被认为是有序介孔材料合成的开始，科学家们利用表面活性剂作分子模板合成了 M41S 系列的介孔材料，包括 MCM-41 （六方相）、 MCM-48 （立方相）和 MCM-50 （层状机构）。这个成功可以和 Mobil 的科学家们在 20 世纪 70 年代的另一成果， ZSM-5 的成功合成相提并论。这两个例子都是通过控制孔道尺寸和形状来得到有特殊分子筛性质的多孔材料，沸石的微孔将反应物的尺寸限制在约 1nm 以下，即使通过孔道修饰与改性，也受到孔径尺寸的限制，介孔材料的出现为这些问题的解决提供了可能。介孔材料具有规则的介孔孔道（ 2~50nm ），较大的比表面积和孔道体积，这是介孔材料的特点与结构优势，另一方面介孔孔道又无定型孔壁构成，因此与微孔分子筛相比，介孔材料由较低的热稳定性和水热稳定性，近年来 SBA-15 、 MAS-7 和 MAS-9 的出现在一定程度上改善了这方面的弱点。但是介孔材料有其特殊的优点，这就是他的骨架原子的限制比沸石的小的多，理论上讲，任何氧化物或氧化物的复合物，无机化合物甚至金属都可以成为介孔材料化合物，事实上，也已经有多种非硅介孔材料被合成出来，如 TiO2 、 ZrO2 、 Al2O3 、 Ga2O3 等。 在有序介孔材料的应用研究中，人们主要集中于他们在催化、吸附和制备新的高新技术先进材料，如纳米量子点、纳米线，纳米复合材料等方面的研究，其中中科院上海硅酸盐研究所介孔与低维纳米组在介孔纳米复合材料方面取得了很多成果。其中尤以催化材料的应用更为人们所注意。有序介孔材料的物化性能独特，表现在其表面非常大，一般大于 1000 2 /g ；介孔孔径非常均匀，其孔径变化在 2~50nm 之间。介孔材料在催化领域已有广泛应用，如石油加工、精细化学品转化，特别是在大分子参加的催化反应中有优异的催化性能。然而介孔材料的水热稳定性和催化活性与常规微孔分子筛相比，仍然较低，近年来，许多科学家致力于此方面的工作。最近，人们通过具有微孔晶体初级和次级基本单元的纳米粒子与表面活性剂胶束的自组装，制备出新型有序介孔材料，一方面提高了其水热稳定性，另一方面也提高催化反应中心的催化活性。 介孔材料在高新技术领域的潜在应用较广。如在生物医药领域中应用于酶。蛋白的固定和分离，细胞 /DNA 的分离以用于构建芯片，用于存贮、控释药物，如中科院上海硅酸盐研究所施剑林组研究的能在血管中通行的“药物分子运输车”一项（ 2005 年中国十大科技进展之一）即是介孔材料在医药领域中应用的研究；在环境治理和保护方面用于降解有机废料，用于水质净化和汽车尾气的转化处理等。在高技术先进材料领域，用于贮能材料用于功能纳米客体在介孔材料中的组装，如组装有发光性能的客体分子，用于发光，组装光化学活性物质，允许利用介孔材料的大表面积的优点，制备出比常规光学材料更优异的新型介孔结构的光学材料，如中科院上海硅酸盐研究所施剑林组制备的具有超快非线性光学相应的介孔复合薄膜。介孔材料的光学应用， 2000 年 Stucky G D 等已撰文作过论述。在均匀介孔孔道中通过高分子聚合，然后用化学方法除去介孔孔壁，可形成具有规则介孔孔道结构的导电高分子材料，利用纳米介孔材料规整的孔道作为“微反应器”和它的载体功能合成出异质纳米颗粒，或量子线复合组装体系具有特别的优势。由于孔道尺寸的限制和规整作用而产生的小尺寸效应及量子效应，已观测到这类复合材料可以显示出特殊的光学特性和电、磁性能，如改性后的介孔氧化锆材料显示出特殊的室温光致发光现象。这些都可以为介孔及其复合材料在光学为器件、微传感器等领域的应用，进行开发研究。 有序介孔材料作为多孔材料的分支，其快速发展也来自工业（如石油化工，精细化工）中的实际应用需求。同时，我们还应该看到，由于有序介孔材料的孔道尺寸在 2~50nm 范围，这为制备新型纳米材料和纳米复合材料提供了一个“反应容器”，或叫做“工具”。而 1992 年 M41S 出现时，恰值纳米科技高速发展的时期，其间人们制备出许多纳米尺寸、纳米结构的新材料，典型的如碳纳米管的研究。我想另一方面，正是 20 世纪末，纳米科技的发展带动了有序介孔材料的发展。 可以预见，随着有序介孔材料研究的深入，它的应用范围将更加广泛，随着纳米技术的发展，有序介孔材料将成为今后一种极具应用潜力的新材料。 [search]介孔材料[/search] |
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