改进EISA方法合成硅铝及铁氧化物介孔材料研究

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本文采用溶剂蒸发诱导自组装(EISA)方法,合成了介孔SiO2及其复合体材料。并在EISA方法的基础上,设计了有效抑制无机盐的水解速率的氨介质EISA合成路线,制备了Al2O3、Fe2O3介孔材料,并探讨了合成机制。利用EISA方法制备了介孔二氧化硅SBA-16。在合成有序介孔SiO2的体系中原位嵌入Eosin Y制备Eosin Y/介孔SiO2复合体材料。研究表明,随着Eosin Y量的增加,复合体荧光谱峰增强,明显强于纯Esoin Y,这种现象可以归因于Eosin Y分子被锚定在介孔SiO2的结构中,使Eosin Y分子间的荧光自猝灭效应减弱,从而使Eosin Y/介孔SiO2复合体的PL谱峰增强。以SBA-16膜/ITO为电极电沉积控制CdS生长在其表面,分析表明生长的CdS粒子形貌为层层包裹的“花状”。利用孔道均一而且孔径小于5 nm的介孔分子筛膜为基底,以阻碍Cd2+和S2O32-向介孔孔道中的扩散,同时阻碍了其在孔道中发生电化学反应,从而控制CdS只生长在电极表面,具有较好的光致发光性质。针对制备有序介孔Al2O3材料的方法多使用铝的醇盐作为前驱体,而使用无机盐为前驱体所需反应时间较长、反应速率难于控制的问题,设计了通过NH3·H2O与表面活性剂相互作用而抑制无机铝盐的水解速率氨介质EISA合成路线。采用氨介质EISA方法,以AlCl3·6H2O为无机前驱体,三嵌段聚合物P123或F127为结构导向剂,合成了具有蠕虫状、二维六方结构的介孔Al2O3材料。对于有序的介孔Al2O3,将其焙烧温度提高至700 oC,得到γ-Al2O3介孔材料,其孔径为7.6 nm,BET测定比表面积为200 m2·g-1,孔容为0.38 cm3·g-1,具有二维六方介孔结构。利用氨介质EISA方法,通过改变铝溶胶的陈化时间,在F127-EtOH-NH3·H2O-无机盐体系中设计合成了孔结构可控(二维六方和三维面心立方结构)的一系列均一透明的介孔Al2O3薄膜材料。所得介孔材料具有窄的孔径分布、较大的比表面积以及高度有序的介孔结构。根据大量的结构表征找出了介孔结构变化的规律,并据此提出了孔结构可调控的机制。和以往报道的合成步骤相比这种合成路线的优势在于能够在短时间内很容易的控制Al2O3薄膜的介观相。孔结构可调的介孔Al2O3薄膜材料的合成机理为:三嵌段表面活性剂的EO基团与NH3·H2O之间的氢键作用使NH3·H2O解离速度减慢,NH3·H2O缓慢释放使无机物水解速率受到抑制,从而水解为较小的铝氧团簇,适与表面活性剂胶束的组装;EISA方法属于液晶模板机理,挥发性溶剂在一定温度和湿度下缓慢蒸发,使表面活性剂胶束组装成不同结构,再与铝氧团簇间形成较强的相互作用,制备出不同介孔结构的Al2O3材料,且模板剂去除后能够保持有序性较好的介孔结构。通过改变焙烧温度,可以得到不同晶相(γ或δ,α-Al2O3)的介孔Al2O3材料。利用氨介质EISA方法,以三嵌段聚合物F127为结构导向剂,将无机铝源换成无机铁源[Fe(NO33·9H2O],合成了蠕虫状α-Fe2O3薄膜和粉体材料,样品的粒径为17.3633.57 nm,BET测定比表面积为20.0845.11 m2·g-1,薄膜厚度为360.5370.1 nm。研究表明,随着焙烧温度的升高,样品的晶粒尺寸增加、比表面下降且膜厚增加。探讨了合成机制,说明氨介质EISA方法在抑制无机盐水解速率方面有一定的普适性。对焙烧后的粉体样品进行吸附Cr(VI)离子性能测试,结果表明不同温度下焙烧的样品的移除能力均明显优于商用α-Fe2O3。这种更强的移除能力可以归因于蠕虫状α-Fe2O3粉体材料具有较高的比表面积以及多孔的结构,为污水处理等领域提供了新材料。
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