多孔材料之有序介孔材料

针对沸石类材料已进行了大量的研究工作，材料内部孔道的尺寸被限制在微孔级别，从而使沸石类材料的应用局限在小分子领域中。因此，近年的研究工作集中在制备更大孔径材料方面。这方面工作最重要的成果是美孚公司的研究人员于 1992 年研制的M41S类介孔分子筛[21,22]这种材料具有超大的均一孔道。

制备这种新的介孔二氧化硅或铝硅酸盐化合物，需要引入超分子组装技术，胶束聚合体取代分子基团用作结构导向剂。无机或复合框架结构的生长以组装的表面活性剂为模板，构筑了具有 2~100nm 的新型纳米材料超分子组装概念的提出促使一个新材料家族的诞生，在制备过程中通过改变反应物化学剂量、表面活性剂分子的性质以及使用功能化后处理技术，均可以调控新材料的结构、组成和孔径。表征结果显示，新制备固体材料为有序、非晶体、孔壁结构，并且孔径分布非常窄。由于在孔壁结构中缺乏准确的原子定位，新制备的介孔材料是有序非晶体，这一结论在核磁共振和拉曼光谱测试中已经得到确认。由此生成的无机固体在形貌和结构方面具有极大的差异。

上述介孔分子筛的组装机理由两个特性所决定。首先是表面活性剂分子形成特定分子结构(先形成胶束，最终为液态晶体形式的动力学特性。其次是无机氧化物经过聚合反应形成热稳定结构的能力。最初的研究发现，利用烷基三甲胺阳离子表面活性剂在碱性条件下能够制备硅酸盐。后来的研究表明，上述结构也可以在酸性介质中利用中性胺、非离子表面活性剂以及二烷基二甲胺阳离子表面活性剂形成。另外，进一步的机理研究将最初的合成路线进行拓展，对有机/无机电荷平衡驱动促使这些结构的形成有了更加全面的认识。