有序介孔材料
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有序介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料，它一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。

由于其具有大的表面积和相对大的孔径以及规整的孔道结构，介孔材料在催化、储能和分离吸附领域有独特的应用地位。

以下我将主要从有序介孔材料的背景特点、有序介孔材料的应用以及未来展望来介绍一下有序介孔材料。

关键词：有序介孔材料、催化领域、储能、分离吸附
一、有序介孔材料的背景及特点的简介
定义：有序介孔材料是以表面活性分子聚集体为模板，通过有机物与无机物之间的界面作用组装生成的孔道结构规则、孔径介于2-50nm的多孔材料。

1、发展历史
1992年Mobil公司的科学家首次报道合成了MCM（Mobil Com- position of Matter）-41介孔分子筛，揭开了分子筛科学的新纪元。

1994年，Huo等在酸性条件下合成出APMs 介孔材料，结束MCM系列只能在碱性条件下进行的历史，拓展了人们对模板法合成介孔材料的认识。

介孔材料合成的突破性进展是酸性合成体系中使用嵌段共聚物（非离子表面活性剂)为模板，得到孔径大、有序程度高的介孔分子筛SBA-15 。

1996年Bagshaw等采用聚氧乙烯表面活性剂，N0I0非离子型合成路线，首次合成出介孔分子筛Al2O3。

其表面积可达600 m2/g，去除模板剂后的热稳定性可达700℃。

1998年Wei等首次以非表面活性剂有机化合物（如D-葡萄糖等）为模板剂制备出具有较大比表面积和孔体积的介孔二氧化硅。

2、有序介孔材料的合成
目前介孔材料的合成方法主要有硬模板法和软模板法。

如下图1是软模板法，图2是硬模板法。

图1
软模板法合成介孔材料是用表面活性分子作为模板，这种方法的三种途径如图1所示A:直接沉淀，B:准液晶模板，B:溶剂挥发诱导自组装。

图2
硬模板法就是用一类含有介孔的固体材料，如介孔氧化硅、介孔炭等刚性骨架结构的模板来合成介孔材料的方法。

3、有序介孔材料的特性
与传统的多孔材料相比，有序介孔材料具有如下特征：
(1)均一可调的中孔孔径 (2)比表面积大 (3)易于掺杂其他组分的无定型骨架组成 (4)
较好好的热稳定性和水热稳定性 (5)颗粒具有丰富多彩的外形。

它所具有的孔道大小均匀、排列有序、孔径可在2－50nm范围内连续调节等特性，使其在分离提纯、生物材料、催化、新型组装材料等方面有着巨大的应用潜力。

二、有序介孔材料的应用
1、在催化领域的应用
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。

有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时，能够改善固体酸催化剂上的结炭，提高产物的扩散速度，转化率可达90％，产物的选择性达100％。

除了直接酸催化作用外，还可在有序介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的过渡元素、稀土元素或者负载氧化还原催化剂制造接枝材料。

这种接枝材料具有更高的催化活性和择形性，这也是目前开发介孔分子筛催化剂最活跃的领域。

有序介孔材料由于孔径尺寸大，还可应用于高分子合成领域，特别是聚合反应的纳米反应器。

由于孔内聚合在一定程度上减少了双基终止的机会，延长了自由基的寿命，而且有序介孔材料孔道内聚合得到的聚合物的分子量分布也比相应条件下一般的自由基聚合窄，通过改变单体和引发剂的量可以控制聚合物的分子量。

并且可以在聚合反应器的骨架中键入或者引入活性中心，加快反应进程，提高产率。

2、在储能领域的应用
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合碳或Pd等储能材料，增加这些储能材料的易处理性和表面积，使能量缓慢地释放出来，达到传递储能的效果。

还可以可以在介孔材料上负载纳米粒子（如Pt、 Pb的氧化物），做成良好的电极，改善纳米活性催化剂团聚的问题。

典型的就有介孔碳材料，由于有它具有，高的比表面积、连通的孔道结构、良好的化学稳定性和热稳定性，使它被广泛应用于超级电容器、锂电池、燃料电池和太阳能电池等领域中，为绿色能源发展作出了独特的贡献。

3、在吸附和分离领域的应用
在温度为20％－80％范围内，有序介孔材料具有可迅速脱附的特性，而且吸附作用控制湿度的范围可由孔径的大小调控。

同传统的微孔吸附剂相比，有序介孔材料对氩气、氮气、挥发性烃和低浓度重金属离子等有较高的吸附能力。

采用有序介孔材料不需要特殊的吸附剂活化装置，就可回收各种挥发性有机污染物和废液中的铅、汞等重金属离子。

而且有序介孔材料可迅速脱附、重复利用的特性使其具有很好的环保经济效益，目前人们已经利用其吸附性能来分离有机小分子、生物大分子和金属离子。

三、前景展望
在未来我们在有序介孔材料研究方面还可以从以下几个方面入手：
1、探索新型结构和性能的模板剂，合成新型孔道结构如多层次有序孔结构的介孔材料。

2、从硅铝体系转向金属、过渡金属氧化物、硫化物等非硅基体系，向具有有机功能基团或有机－无机杂化介孔材料发展，扩展有序介孔材料的范围。

3、利用计算机模拟和现代表征技术，从分子水平或微观结构上更好地理解有机表面活性剂-无机物之间的相互作用，认识介孔材料的合成机理。

4、提高介孔材料的热稳定性与水热稳定性，解决酸强度低，掺杂其他金属离子后结构不稳定性、掺杂量较低等问题。

5、加强介孔材料在催化、有机高分子分离、环保、纳米反应器、电子器件、传感器等方面的应用研究。

总结
介孔材料的发展大大的提升了化工反应催化剂、吸附分离的速度以及反应的效率转化率等，还在能源方面提高了能量的储存转化效率，是绿色和谐的新材料技术。

这就注定了介孔材料在未来的世界里有着广阔的前景，是学术和商业的潜力股新星。

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