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本论文以介孔材料在不同领域的应用为着眼点,重点开展材料制备新方法的探索。论文主要包括两个部分:第一部分,以介孔氧化硅为硬模板,采用新的思路制备合成低维纳米材料;第二部分,考虑到非硅介孔材料的广阔应用前景,采用不同的模板,探索制备非硅系介孔材料的方法和思路。
第一部分,利用介孔氧化硅为硬模板,合成金属@介孔氧化硅纳米复合材料或其它低维纳米复合材料。本部分包括两章,在第一章中,提出了以原位还原结合非水无电沉积的方法合成了均匀分散于介孔孔道中的铂纳米粒子。以原位还原技术在孔道中生成的铂胶粒层为催化活性位,采用非水无电沉积的方法,使铂纳米粒子在孔道当中均匀生成。铂胶体层是在孔道中成功合成铂纳米粒子的前提,同时,由于催化活性粒子没有占据孔道,保证了无电沉积液在孔道当中的畅通。而采用无水乙醇为沉积溶剂有效的控制住了沉积速度,保证了纳米粒子而不是纳米线的生成。该法突破了原位还原技术受墙壁硅醇键数量的限制,使贵金属担载量大为提高。这种均匀分散的铂纳米粒子有望在催化领域得到实际应用。
在第二章中,探索了利用介孔氧化硅的孔道效应一步合成WC-Ni/CNTs纳米复合材料的可行性和途径。这两种纳米材料合成所需条件的共性,即共同的碳源以及相接近的合成温度,是一步合成的前提。在本文中即利用了CO作为WC以及CNT的共同的碳源,并采用了同一合成温度及温度制度。介孔氧化硅则是制备纳米材料的必要条件,由于氧化硅的孔道限域作用,保证了纳米粒子的尺度控制在合理的范围内,并使碳纳米管的管径得到有效控制。由于WC-Ni的良好甲醇催化活性使得该材料有可能作为直接甲醇燃料电池的电极材料得到应用。
第二部分,探索并合成了两种非硅体系介孔材料。该部分同样包括两章,介孔氧化钛基复合材料的制备以及介孔碳化钨材料的合成。
采用软模板法和EISA工艺成功合成了氧化硅掺杂介孔氧化钛材料并探讨了陈化条件对介观结构的影响,该材料具有晶化墙壁,高的比表面积和狭窄的孔径分布。在此基础上,合成出了具有晶化墙壁的半有序介孔氧化钛材料:由于高温下氧化钛的晶化和长大很快,使介孔孔道有序性有一定的破坏,但获得的材料仍然具有较高的比表面积和狭窄的孔径分布。合成出氧化铜掺杂介孔氧化钛材料,研究表明随着氧化铜含量的增大,孔道有序性增加;但是由于氧化铜的存在,墙体析晶被抑制,墙壁为无定形。
提出了一种新的思路制备介孔碳化钨——介孔模板坍塌辅助低温合成法。采用介孔硅作为硬模板,在引入钨源后,在压力作用下使孔道坍塌和孔口封闭,从而使之成为密闭的纳米反应器,有效地抑制了高温下产物的挥发和聚集,并为产物具有特定的形貌提供了条件。合成出具有高的比表面积、狭窄孔径分布、较好有序性并且墙体结晶完好的介孔碳化钨材料。探讨了钨前驱体在介孔硅中的担载量与合成出的介孔碳化钨的比表面积的关系,以及对比了不同介孔硅类型作为载体时,得到的介孔碳化钨孔结构特性的差别;找出了合成介孔碳化钨时所需前驱体的最佳担载量,并得出以SBA-15为载体时能够得到更高的比表面积。