由于具有高的比表面积、规则有序的孔道排列、可调的孔径大小、较窄的孔径分布以及大的孔容等一系列特性,近年来介孔材料已经引起了各方面的广泛关注,并且已经成为纳米结构材料和催化领域中最为活跃的研究领域之一。本论文针对目前介孔材料研究领域内的三个前沿方向,即:硅基介孔材料的定向控制合成、非硅基多元介孔材料的合成、以及介孔材料的功能化,相应地开展了一系列研究,并探索了所合成的非硅基介孔材料的一些催化应用。主要研究内容如下:在硅基介孔材料的定向控制合成方面(论文第2章),首先研究了温度对于MSU介孔材料合成过程的调控作用,关于在低于冰点的低温条件下进行MSU介孔材料的合成,目前尚未见有文献报道;在高于表面活性剂浊点温度的高温下进行MSU介孔材料的合成则被学术界认为是不可能的。我们的研究在国际上首次成功地在远低于冰点温度和远高于浊点温度条件下合成出了MSU介孔材料,从而将MSU介孔材料的合成温度范围拓展到了-25~140℃的范围。并且通过调节合成温度,实现了对所合成MSU的孔径、孔容、比表面积、孔道结构、以及微观形貌等织构性能的定向控制。发现在高温下所合成的MSU介孔材料具有多级孔分布,探讨了其可能的形成机理。接着研究了添加小分子添加剂环己烷对于MSU介孔材料合成过程的调控作用。发现通过调节环己烷在合成体系中的含量,也可以达到定向控制MSU的孔道和形貌等织构特征的目的。相对于温度控制的定向合成,在环己烷存在的情况下,高温下出现二级孔道的现象得到了较好的抑制。随着合成体系中环己烷添加量的增加,所合成出的介孔材料从蠕虫状结构向层状结构转变,同时,其形貌也由原来的实心球形转变成了空心囊泡,即实现了从MSU-1向MSU-V的转变。这种结果未见有文献报道。最后研究了合成温度对于MCM-41孔道结构和形貌的影响。研究结果表明,在低至-10℃的温度下仍然可以合成出具有完好孔道结构的MCM-41介孔材料。相对于较高温度下的合成,低温条件下所合成的MCM-41具有更小的颗粒度和更加连续的形貌。提出了合成温度影响MCM-41微观形貌的可能机理。在非硅基介孔材料的合成与应用(论文的第3~7章)方面,在第3章中,以AEO9为表面活性剂模板,利用凝胶-溶胶路线成功地合成出了具有孔径分布均一和比表面大等特点的Ti-O-Co二元复合非硅基介孔材料Meso-Ti-Co。对Meso-Ti-Co进行了详细的表征,证实其具有介孔材料的完整的特征,Co物种完全进入孔壁骨架内部。考查了Meso-Ti-Co的合成工艺,给出了最佳工艺条件。通过自行设计的装置,考查了各介孔材料的催化氧化环己烷的催化性能。结果表明使用介孔催化剂转化率和选择性均要高于其他同类别催化剂,环己烷的转化率可以达到7.97%,环己醇和环己酮的选择性达到93.69%。催化剂的重复性非常好。在第4章中,采用MSU介孔材料作为硬模板,通过纳米复制的方法成功地合成出了Ti-O-Co二元介孔材料。得到的Ti-O-Co二元介孔材料孔道结构同模板相似,表征显示Co已经进入骨架。将该系列材料进行光催化氧化降解甲基橙染料实验,发现无论是在紫外灯下还是太阳光下,介孔Ti-O-Co二元复合材料具有比普通二氧化钛高得多的活性。在第5章中,开发了一种合成Ti-Ag介孔材料的新方法,即高分子网络模板法。该方法以三乙醇胺为碱催化剂催化甘油聚合生成聚甘油高分子网络以及TBOT的水解,自身即可形成介观结构。Ag离子与三乙醇胺的配位,降低了三乙醇胺的碱度,通过改变Ag离子的含量,可以调节聚甘油高分子网络的聚合度和交联度。通过超分子组装,得到一系列不同Ag/Ti比的Ti-Ag氧化物介孔材料。对其进行表征,结果显示,Ti-Ag氧化物介孔材料具有良好的孔隙性和高比表面积。Ag/Ti比较低时,Ag嵌入到了组成介孔孔壁的锐钛矿TiO2晶格中;Ag/Ti比较高时,部分Ag以金属簇的形式嵌于孔壁中。以具代表性的革兰氏阳性细菌和阴性细菌,真菌为实验菌种,利用该材料进行光催化杀菌,发现该材料是高效、广谱、MIC很小的抗菌剂。Ti-Ag氧化物介孔材料良好的光催化杀菌性能得益于其介孔结构以及锐钛矿TiO2与Ag金属簇之间的协同光催化作用。在第6章中,基于第5章所开发的高分子网络模板法,进一步合成了含有其它过渡金属的Ti-M氧化物多元非硅基介孔材料。检测结果显示M组分进入了骨架,所有产物都具有介孔孔道结构,比表面积大,孔壁由锐钛矿纳米晶粒构成。分别取相应的Ti-M氧化物介孔材料进行催化氧化反应,发现这些材料用于光催化氧化环己烷反应,可以达到2.8%的转化率,比前人研究的最好结果增加了近10倍;当将该系列材料用于乳酸脱水和氧化制备丙酮酸和丙烯酸的时候,也比普通的负载型催化剂要高得多,并且由于M金属组分处于骨架中,其在反应前后不会流失,催化剂的催化性能重复性非常好。在第7章中,成功合成了两种典型的具有磁性的壳-核纳米的硅基多孔材料。一种是具有微孔孔道的钛硅分子筛TS-1磁性材料,通过其对磁核的包覆,合成出来了壳核磁性纳米MTS颗粒。在该体系中得到的MTS颗粒与普通TS-1相比,颗粒要小很多,是典型的纳米颗粒,氮气吸附试验结果表明产物仍具有发达的微孔体系。将MTS应用到苯酚催化氧化制备苯二酚的反应中,其催化性能相对于纯的TS分子筛要高一些,重复性也非常好。同时,反应后的MTS可以很好的利用磁场回收,这对于成本高,价格贵的TS分子筛而言具有非常重要的意义。第二种是具有介孔孔道的硅基MSU介孔磁性材料MMSU,在证实其具有较好的磁性的同时,该材料仍然具有极高的比表面积和均一的介孔分布。