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介孔材料孔道结构长程有序而孔壁短程无序，其最显著特点是高的比表面积和单一可调的孔径，对介孔材料进行修饰可以改变介孔材料的物理化学性质，成为具有多种潜在功能型的新材料，已受到学术界和工业界的高度关注。
本文针对吸附法捕集与分离温室气体CO2的关键技术问题，结合界面化学和材料化学提出材料合成与修饰的新方法，开发系列氨基修饰介孔材料、金属掺杂介孔材料以及微孔/介孔复合材料等新型CO2吸附剂。结合界面化学和材料化学提出了材料合成与修饰的新方法，研究了复合介孔材料结构与CO2吸附性能的关系，并进一步将金属掺杂介孔材料扩展应用于催化酯化反应。论文主体内容可以概括为以下四部分：
1.氨基硅烷修饰介孔材料的合成及其CO2吸附性能的研究
采用接枝法及共聚法合成了系列氨基硅烷修饰介孔材料，考察了氨基硅烷种类和修饰量、介孔材料孔道结构、介孔材料外表面烷基化预处理、接枝反应溶剂种类等对氨基修饰介孔材料的结构及其CO2吸附性能的影响。实验结果表明，双氨基硅烷修饰效果优于单氨基硅烷；弱极性溶剂和极性非质子溶剂有利于氨基硅烷在介孔材料表面接枝反应的进行；介孔材料外表面硅烷化预处理有效地解决了孔道口堵塞问题，利于氨基硅烷接枝到介孔材料的孔道内。采用接枝法合成的氨基修饰介孔材料的CO2吸附性能明显提高，MCM-41系列从修饰前的0.67mmol·g-1提高到CEDA-MCM-41的2.20 mmol·g-1，·SBA-15系列从修饰前的0.59 mmol·g-1提高到CEDA-SBA-15的1.27 mmol·g-1；相应地，共聚法合成的氨基修饰介孔材料的CO2吸附性能却没有显著变化。
2.微孔/介孔复合材料的合成及其CO2吸附性能的研究
微孔5A，13X沸石经水或碱处理后，在CTAB介孔模板诱导下合成了微孔/MCM-41系列材料；预合成4A沸石前驱体，在酸性条件下由P123介孔模板诱导合成了微孔JSBA-15系列材料；采用接枝法对4A/SBA-15复合分子筛进行氨基修饰，得到有机-无机杂化多级孔复合分子筛。考察了微孔沸石种类、前驱体结构和辅助硅源TEOS、预处理条件、pH控制、晶化方法等对复合分子筛结构及其CO2吸附性能的影响，优化了合成条件。其中酸度是获得微孔/SBA-15系列材料的关键步骤，采用NaCl辅助阴离子控制酸度法，得到了既保留了沸石微孔结构，又具有规整介孔结构的4A/SBA-15。合成的微孔/MCM-41系列复合分子筛比纯硅基介孔材料的CO2吸附性能明显提高，但与纯微孔沸石的CO2吸附性能相近。CO2的吸附能力从纯硅基SBA-15的0.55 mmol·g-1提高到4A/SBA-15的1.42 mmol·g-1，氨基修饰后的CEDA-4A/SBA-15复合分子筛对CO2的吸附性能更有显著提高，其吸附量为1.76 mmol·g-1。酸度和盐对复合分子筛的合成有明显的影响，降低酸度的同时盐的加入有利于介孔结构的形成，减少对微孔结构的破坏。
3.金属掺杂介孔材料的合成及其CO2吸附性能的研究
选择碱土金属Mg作为主要掺杂金属，采用共聚法、分散法和离子交换法合成了系列Mg-MCM-41和Mg-SBA-15复合材料，考察了不同方法的合成条件和控制因素，其中共聚法的控制因素为Mg的修饰量，复合材料中Mg含量较低；分散法可以通过加入助剂尿素或有机胺作为Mg离子配体，使Mg高度分散到介孔材料孔道表面；离子交换法不仅使Mg吸附于介孔材料孔道表面，同时进入骨架，使Mg含量增加。Mg修饰后的介孔材料总体对CO2的吸附性能有所提高，离子交换法得到的Mg-Al-SBA-15对CO2吸附最大可达1.35 mmol·g-1，分散法得到的Mg-EDA-MCM-41对CO2的吸附量最大可达1.32 mmol·g-1。
4.茂金属负载介孔材料的合成及其对酯化反应催化特性的研究
以胶束模板增溶法一步合成了二茂铁、二氯二茂钛和二氯二茂锆修饰的介孔材料M-MCM-41和M-SBA-15。并与共聚法一步合成的FeCl3-SBA-15、分散法二步合成的FeCp2/MCM-41相比较，对比研究了其对乙酸与正丁醇酯化反应的催化活性，考察了催化剂用量，反应体系酸醇比和反应时间对催化活性的影响。结果表明，M-MCM-41和M-SBA-15系列催化剂对乙酸与正丁醇的酯化反应具有很高的催化活性，其中Zr-MCM-41(550)催化剂的TOF可达到125320 g·(g-1h-1)，远高于茂金属均相催化活性或以硅胶为载体的催化剂的催化活性。各种方法得到的Fe-SBA-15、FeCl3-SBA-15和FeCp2/SBA-15都具有催化活性作用，但胶束模板增溶法得到Fe-SBA-15的催化活性最强，共聚法得到的负载金属氧化物也可成为乙酸与正丁醇酯化的催化活性中心，但掺杂在骨架中的金属不具有催化活性，同时分散法得到的负载茂金属出现团聚现象，催化活性将有所降低。
初步研究了茂金属修饰介孔材料类催化剂在丙酸与正丁醇酯化反应体系中的催化性能，结果表明催化剂同样具有催化活性，并且催化活性比在乙酸丁酯体系中的催化活性更高，说明该系列催化剂可应用于多种酯化反应体系，具有潜在的工业应用前景。