二是水热合成法,即将一定量的表面活性剂、酸或碱加入到水中组成混合溶液,然后向其中逐滴加入无机源,静置后将混合溶液置于反应釜中,让其进行水热反应并晶化一段时间,最后进行过滤、洗涤、干燥,并通过锻烧或萃取除去有机组分,保留下无机骨架,从而得到有序介孔材料。
但不管采用何种方法,其目的都是为了使表面活性剂和无机源发生界面反应,通过某种协同或自组装方式形成由无机离子聚集体包裹的规则有序的胶束组装体,以获得规则有序的介孔材料。
1.2.2 有序介孔材料的应用
有序介孔材料虽然目前尚未获得大规模的工业化应用,但它所具有的孔道大小均匀、排列有序、孔径可在2-50 nm范围内连续调节等特性,使其在分离提纯、生物材料、催化、新型组装材料[7]等方面有着巨大的应用潜力。
(1)化学化工领域
有序介孔材料具有较大的比表面积,相对大的孔径以及规整的孔道结构,可以处理较大的分子或基团,是很好的择形催化剂。特别是在催化有大体积分子参加的反应中,有序介孔材料显示出优于沸石分子筛的催化活性。因此,有序介孔材料的使用为重油、渣油等催化裂化开辟了新天地。有序介孔材料直接作为酸碱催化剂[8]使用时,能够改善固体酸催化剂上的结炭,提高产物的扩散速度,转化率可达90%,产物的选择性达100%。除了直接酸催化作用外,还可在有序介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的过渡元素、稀土元素或者负载氧化还原催化剂制造接枝材料。这种接枝材料具有更高的催化活性和择形性,这也是目前开发介孔分子筛催化剂最活跃的领域。
有序介孔材料由于孔径尺寸大,还可应用于高分子合成领域,特别是聚合反应的纳米反应器。由于孔内聚合在一定程度上减少了双基终止的机会,延长了自由基的寿命,而且有序介孔材料孔道内聚合得到的聚合物的分子量分布也比相应条件下一般的自由基聚合窄,通过改变单体和引发剂的量可以控制聚合物的分子量。并且可以在聚合反应器的骨架中键入或者引入活性中心,加快反应进程,提高产率。
(2)环境治理和保护领域
用于水质净化和汽车尾气的转化处理[9]等。在高技术先进材料领域,用于贮能材料用于功能纳米客体在介孔材料中的组装,如组装有发光性能的客体分子,用于发光,组装光化学活性物质[10],允许利用介孔材料的大表面积的优点,制备出比常规光学材料更优异的新型介孔结构的光学材料,如中科院上海硅酸盐研究所施剑林组制备的具有超快非线性光学相应的介孔复合薄膜[11]。介孔材料的光学应用, 2000 年 Stucky G D[12] 等已撰文作过论述。在均匀介孔孔道中通过高分子聚合,然后用化学方法除去介孔孔壁,可形成具有规则介孔孔道结构的导电高分子材料,利用纳米介孔材料规整的孔道作为“微反应器”和它的载体功能合成出异质纳米颗粒,或量子线复合组装体系具有特别的优势。由于孔道尺寸的限制和规整作用而产生的小尺寸效应及量子效应,已观测到这类复合材料可以显示出特殊的光学特性和电、磁性能,如改性后的介孔氧化锆材料显示出特殊的室温光致发光现象。这些都可以为介孔及其复合材料在光学为器件、微传感器等领域的应用,进行开发研究。
(3)生物医药领域
应用最广泛的是用于酶蛋白质的固定充当生物催化剂载体,1996 年,Balkus [13]等首先报道了有序介孔材料对酶的固定化研究。他们通过物理吸附法成功地将球蛋白酶、细胞色素C、木瓜蛋白酶和胰岛素固定于平均孔径为40Å的MCM-41分子筛孔道中,而分子直径较大(48Å) 的751根过氧化物酶未能有效地被固定于介孔当中。随后,不同的研究者又先后报道了MCM-41、MCM-48和SBA-15等介孔材料对酶的固定化。今年来有序介孔材料在酶固定化方面的研究一直在持续。论文网