摘要: 无机多孔材料是指具有微孔、介孔或大孔的无机非金属材料。其中典型的代表为分子筛微孔材料和有序介孔材料。分子筛材料因其规则的孔道结构、可调的酸性和良好的热稳定性及化学稳定性而被广泛应用于能源、化工、环保、生物医药等领域。如何更加精准的... 展开 无机多孔材料是指具有微孔、介孔或大孔的无机非金属材料。其中典型的代表为分子筛微孔材料和有序介孔材料。分子筛材料因其规则的孔道结构、可调的酸性和良好的热稳定性及化学稳定性而被广泛应用于能源、化工、环保、生物医药等领域。如何更加精准的调控无机多孔材料的合成始终是科学家们关注的重要问题。研究发现，无机离子（阳离子和阴离子）可以有效的调变分子筛的晶化过程和介孔材料的生成过程及产物性质。但由于分子筛和介孔材料的合成过程复杂，影响因素众多及高温高压下不能原位监测，因此对于无机离子影响分子筛和介孔材料的作用机理目前仍不清楚。若想利用无机离子定向调控无机多孔材料的合成，首先要对其影响无机多孔材料的机制有深入的认识。 本论文以纯硅分子筛（silicalite-1）、硅铝分子筛（MOR、NaY和ZSM-5以及介孔材料（介孔二氧化硅材料）体系为研究对象，系统地研究了阴离子在这些多孔材料合成过程中的影响及其作用机理。研究内容包括： 一、向silicalite-1分子筛（MFI）的初始凝胶（SiO2-TPAOH-H2O）中分别加入不同的钠盐（Na2SO4、NaF、NaCl、NaBr、NaI、NaSCN），研究无机阴离子对silicalite-1分子筛合成的影响。结果表明，加入这些钠盐会加速silicalite-1分子筛的晶化，钠盐加速silicalite-1分子筛晶化的能力具有以下顺序：Na2SO4gt;NaFgt;NaClgt;NaBrgt;NaIgt;NaSCN，该顺序刚好与Hofmeister离子序列完全相同。液体1HNMR和径向分布函数（RDF）计算结果表明，阴离子分布在有机模板剂TPA+的不同空间区域，与TPA+中的N的距离符合以下顺序：SO42?gt;F?gt;Cl?gt;Br?gt;I?gt;SCN?。通过结合液体1HNMR和阴离子的电荷密度分析，发现电荷密度不同的阴离子活化TPA+疏水水合层中的水分子的程度不同，从而影响这些水分子释放到体相水中的速度，使得无机-有机复合物种的生成速率发生变化，进而影响了silicalite-1的晶化。该项工作为调控分子筛的晶化提供了新的思路。 二、向无有机模板剂的MOR分子筛的初始凝胶（SiO2-Al2O3-Na2O-H2O-seed）中加入不同量的NaI，研究NaI对MOR分子筛硅铝比的影响。结果表明，NaI的加入会提高MOR分子筛的硅铝比。当NaI/Al2O3=4.8时，硅铝比提升的最多，提高了6.55%。同时，也研究了NaI在NaY分子筛（FAU）和ZSM-5分子筛（MFI）的合成体系中对相应产物硅铝比的影响，研究发现NaI也能提高NaY分子筛和ZSM-5分子筛的硅铝比。密度泛函理论计算（DFT）表明，在硅铝分子筛合成中，NaI可以降低Si-O-Si键生成的能垒，并提高Si-O-Al键生成的能垒，因此NaI可以提高分子筛的硅铝比。该研究为调控分子筛的硅铝比提供了新方法。 三、向介孔二氧化硅材料的合成体系（SiO2-CTEABr-H+-H2O，CTEABr：十六烷基三乙基溴化铵）中引入含有不同阴离子的酸（H2SO4、HCl、HBr和HNO3），研究阴离子对介孔二氧化硅材料相选择性的影响。结果表明，不同的酸会导致生成不同的介孔相，这些介孔相分别对应不同的表面活性剂的分子堆积参数（g值）。将介孔二氧化硅材料按照g值大小进行排序得到以下顺序：g（三维六方P63/mmc相）lt;g（三维立方Pm3?n相）lt;g（二维六方p6mm相）。其中，SO42?利于导向低g值的三维六方P63/mmc相的生成，Cl?有利于三维立方Pm3?n相的生成，Br?和NO3?则有利于导向高g值的二维六方p6mm相的生成。由此可知，阴离子对介孔材料的影响符合Hofmeister离子序列（SO42?、Cl?、Br?、NO3?）。通过液体1HNMR探究了阴离子对CTEA+的影响，发现不同的阴离子位于CTEA+的不同空间区域，其中SO42?在CTEA+的亲水头部基团附近，而Cl?、Br?和NO3?则会不同程度的穿过CTEA+的亲水头部基团进入到CTEA+的疏水长链附近，从而改变胶束的g值，生成不同的介孔相。该工作使我们对无机阴离子在介孔材料形成中的作用机制有了更深入的认识。 收起