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本论文以硬模板制备非硅基有序介孔材料为出发点,在合成有序介孔二氧化硅材料的基础上,通过硬模板工艺复制合成了有序介孔碳以及有序的介孔金属氧化物材料,并对其特定的性能进行了探索研究。同时采用球形的碳胶粒为模板合成了空心的氧化物材料。
提出了一种简单的合成有序介孔碳的方法。先将糠醇在弱酸性的催化剂下聚合,在采用一次灌注的方法将聚合的糠醇注入到氧化硅模板SBA-15的孔道中,调节氧化硅和聚合糠醇的比例,可以合成出CMK-3和CMK-5两种结构的有序介孔碳材料。模板合成的介孔碳的苯酚吸附试验发现,这两种介孔碳都具有很高的苯酚吸附性能,相对来说高比表面积的CMK-5具有更高的苯酚吸附量。惰性气氛下的二次热处理能够提高介孔碳对苯酚的吸附量。苯酚吸附的热力学数据可以通过Langmuir方程拟合,其动力学数据可以通过Lagergren模型拟合。
在模板法合成介孔碳的基础上,通过先对介孔碳材料的氧化,再与SOC12反应,第一次实现了碳材料在常温下的表面氯化改性,表面氯化改性的介孔碳材料在在进一步与乙二胺反应,将乙二胺铆定到了介孔碳CMK-3的孔道表面。通过乙二胺铆定到的CMK-3对脑文革反应的碱催化作用实验确证了乙二胺在孔道表面可以稳定的存在。
利用在常温下萃取-氧化脱出三嵌段表面活性剂的方法得到了在介孔氧化硅孔道表面含有丰富硅羟基的Ia-3d结构的KIT-6模板。以此为硬模板复制合成了In2O3、Co3O4、RnO2、CeO2等有序介孔氧化物材料。通过简单的液相溶剂转移方法成功地将CuO和RuO2组装到介孔CeO2的孔道中。CO氧化催化实验显示:模板合成的高比表面积RuO2在较低温度下具有很高的催化活性,通过多次催化循环实验,其最终CO催化氧化完全转化温度稳定在105℃左右:相对于直接煅烧硝酸铈得到的介孔CeO2,模板复制的介孔CeO2显示了更好的CO催化性能;CuO和RuO2的负载能大大降低CeO2对CO的催化氧化温度。
以水热的方法合成了粒径均匀的碳球胶粒,并在此基础上应用其作为硬模板,通过醇交换的方法将Ti源装载到其表面,再通过焙烧,复制合成了TiO2空心球材料。这种TiO2空心球具有18nm的超薄的壳层结构,同时通过不同的过程还合成了MnO2 SnO2,证明这种球形碳胶粒可以作为通用的模板,这种空心球材料有望在主客体材料制备上获得应用。