共模板下介孔氧化硅和氧化锌的可控合成

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介孔氧化硅(Si O2)因丰富的介孔孔道结构、高比表面积、窄孔径分布等优越性能,在催化、吸附/分离、药物输送和释放、光学器件和色谱载体等领域具有广泛的应用。氧化锌(Zn O)作为一种重要的宽带隙半导体材料,具有高的化学稳定性和光稳定性,可应用于气体传感器、压电传感器、催化、半导体等领域。本文以离子液体和超分子凝胶作为共模板,采用溶剂热法分别合成了中空三棱柱状介孔氧化硅、六棱铅笔簇和绣球花状纳米氧化锌,通过调节反应条件对氧化硅和氧化锌的微观结构和形貌进行调控,并探究了共模板对其微观形貌构建的作用机理。此外,以不同形貌的纳米氧化锌作为催化剂,通过刚果红的可见光催化降解反应评价其催化活性。对于介孔氧化硅的合成,采用氨基酸类离子液体四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])、超分子凝胶N-月桂-L-谷氨酸-二正丁基酰胺(GP-1)单模板及离子液体-凝胶共模板,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,盐酸为催化剂,无水乙醇和去离子水作为溶剂,通过溶剂热法合成中空三棱柱状介孔氧化硅。重点考察了模板剂用量、乙醇/水摩尔比及反应时间对介孔氧化硅的微观形貌、介孔结构的影响。研究表明,在[N1111][Gly]和GP-1与硅源摩尔比分别为0.75和0.2,乙醇/水摩尔比为0.3,在120oC下反应18 h时,能够获得形貌均匀且规整的中空三棱柱状介孔氧化硅,比表面积可高达1186 m2/g,孔体积为0.70 cm3g-1,平均孔径为3.21 nm。对于纳米氧化锌的合成,以六水合硝酸锌为锌源,氢氧化钠作为催化剂,无水乙醇和去离子水作为溶剂,分别采用氨基酸类离子液体四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])、超分子凝胶N-月桂-L-谷氨酸-二正丁基酰胺(GP-1)单模板以及离子液体-凝胶共模板,通过溶剂热法成功合成了片状、六棱铅笔簇状和绣球花状纳米氧化锌。主要考察了模板剂用量、乙醇/水摩尔比及反应时间对合成Zn O的形貌、介孔结构和晶相的调控作用。将合成的不同形貌的样品用于可见光辐射催化降解刚果红的实验,结果表明共模板条件下制备的片状Zn O催化剂表现出最高的催化活性。在可见光下照射150 min,刚果红的去除率高达98%,该催化剂在循环实验中具有很好的重复使用性能。在实验基础上,从微观角度揭示了共模板诱导合成不同形貌氧化硅和氧化锌的模板作用机理,对介孔材料的模板调控合成具有重要的指导意义。
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