有序介孔硅和介孔碳因具有规则孔道结构,孔径较大,水热稳定性优良等特点,成为当前介孔材料领域研究的热点之一。利用化学修饰对介孔材料的功能进行调控,进一步改善介孔材料的性能,受到了越来越多的关注。本论文选择有序介孔材料SBA-15和FDU-15为基础材料,探讨了制备工艺条件、功能化修饰等对其形貌和性能的影响。将其与石英晶体微天平(QCM)相结合构建质量敏感型传感器,并深入研究了其敏感性能。论文取得如下研究成果:1.基于水分子与羧基的氢键相互作用,设计合成了羧基功能化的FDU-15和SBA-15介孔材料,研究了两种材料对湿度和氨气的响应特性。为了获得羧基功能化的FDU-15,使用酸化过硫酸铵(APS)对其进行了后氧化处理;为了获得羧基功能化SBA-15,首先将氰基硅烷化试剂与正硅酸四乙酯共缩聚合成有机无机杂化材料,然后将其在硫酸中酸解获得目标产物。实验结果表明:APS处理后FDU-15碳材料表面及孔道中存在大量的羧基和羟基官能团,促进了水分子在介孔材料表面的氢键吸附作用,提高了FDU-15在低湿度条件下的灵敏度,最低检出限可达10 ppm。同时也测试了具有酰胺化和氢键作用的有机胺的响应性能,结果表明:两种羧基功能化介孔材料对氨气和有机胺皆不敏感,也验证了羧基功能化FDU-15对湿度检测具有好的选择性。利用量子化学软件Gaussian进行了不同结合位点的分子模拟验证,计算了SBA-15-COOH和FDU-15-COOH材料吸附氨气和有机胺的焓变。结果表明,吸附焓绝对值皆小于40 kJ/mol,属于物理吸附,所以响应灵敏度较低,模拟计算结果与实验结果基本相符。2.基于弱碱性的DMMP(甲基膦酸二甲酯,一种沙林毒剂模拟剂)与羟基的氢键相互作用,对SBA-15(有序介孔硅)进行了羧基功能化,研究了氧化钛复合和氟醇功能化对DMMP响应性能的影响。结果表明:共缩聚氧化钛,可以提高介孔材料表面羟基的数量,进而增强介孔材料对DMMP的响应,但是由于氧化钛表面羟基的活性较低,灵敏度提高幅度不大,三氟甲基对羟基的活化显著提高了介孔材料对DMMP的响应和气体选择性,对DMMP的检测限可达100 ppb。杂化材料较大的比表面积和孔容为DMMP吸附提供了大量的吸附位点也是提高该传感器灵敏度高的原因之一。3.基于醛基与氨基的可逆加成反应(希夫碱反应),对SBA-15进行了醛基表面功能化,利用其检测有毒易燃气体氨气。为了获得醛基化的硅烷化试剂,利用硅烷试剂2-氰基三乙氧基硅烷在强还原剂二异丁基氢化铝的作用下将氰基还原成醛基合成了2-醛基三乙氧基硅烷,然后采用共缩聚法成功制备了醛基功能化的SBA-15。实验结果表明基于该材料构建的QCM传感器对氨气具有高的灵敏度和选择性,在检测限为1 ppm时,频率变化超过20 Hz,且具有快速的响应恢复特性。由于席夫碱反应的存在,使得该敏感材料可对氨气具有化学选择性;同时介孔材料大的表面和孔容增强了传感器对氨气的灵敏度。4.基于醛基与有机胺的希夫碱反应,对FDU-15进行了对羟基苯甲醛后嫁接表面功能化,利用其构建QCM气体传感器检测有机胺气体。为了获得对羟基苯甲醛功能化的FDU-15,首先对FDU进行羧基功能化,再进行酰氯化处理,然后通过加成反应制得目标产物。实验结果表明:基于该材料构建的QCM传感器对2-苯乙胺(2-PEA)等有机胺气体具有较高的灵敏度和化学选择性,检测下限可达10 ppm以下,且具有迅速的响应恢复特性。利用Gassian软件对2-苯乙胺(2-PEA)和醛基的相互作用进行了模拟计算,获得其吸附焓为44.89 kJ/mol,属于化学吸附,也进一步验证了氨气敏感的机理为希夫碱反应机理以及该传感器具有化学选择性和快速响应恢复特性的原因。5.基于γ-氧化铁半导体材料的体电阻控制机理,设计合成γ-氧化铁/FDU-15复合材料,并用其构建QCM还原性气体传感器。为了获得该复合材料,现将硝酸铁和FDU-15浸渍复合,再与氨水溶液在60℃水热反应3h,过滤分离并洗涤干净后在氮气保护下于管式炉中热处理制得目标产物。实验结果表明,在低于400℃热处理温度下获得的是无定形氧化铁,高于400℃热处理温度才可以获得γ-氧化铁/FDU-15介孔复合物。气敏测试结果表明该复合物对丙酮及乙醇等还原性气体呈现频率增加的响应特性,与实验设计结果相符,即γ-氧化铁在还原性气体中形成四氧化三铁,改变了敏感材料的质量,从而导致谐振频率的增强。