钼基氧化物介孔材料的合成及其表征

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自上世纪九十年代初起,以美国Mobil公司为代表的催化合成领域的科学家首次报道高度有序的M41S介孔材料并提出介孔材料定义以来,介孔材料迅速引起各国科研工作者所重视,其巨大比表面积与孔容、窄的孔径分布以及规则可调的有序孔道结构的使之在催化、分离和吸附等众多领域具有潜在的应用价值,因而许多国家以及科研机构投入巨大的资金开展介孔材料方面的研究,经过近二十年的发展介孔材料已经成为一门独立的学科。论文研究成果在一定程度上为介孔材料在光学微器件、新材料、生物分离、环境治理等领域的应用提供了必要的基础,具有一定的理论和现实意义。   本论文是在前人的科研基础上结合实验室所具备的条件来展开研究的,我们选择非离子型表面活性剂P123作为结构导向剂,合成了不同结构与形貌的钼氧化物介孔材料。以下是论文的工作以及结论:   1.以非离子型表面活性剂P123为模板剂,二水钼酸钠为无机钼源,强酸环境(pH=0.5),去离子水与乙醇共溶体系,水热时间48h、水热温度180℃得到黑色粉末的钼氧化物介孔与大孔并存的复合孔材料。产物由粒状颗粒与片条状颗粒组成,从SEM照片上可以看到颗粒上布满10~100nm尺寸的孔洞。样品物理吸附分析可知合成的粉体比表面积为比表面积为130.06m2/g,单点法测得介孔孔容为0.25cm3/g,t-plot法测得微孔孔容约为0.01cm3/g,平均孔径为7.64nm。   2.以非离子型表面活性剂P123为模板剂水热法合成MoO3介孔材料,并在一定的条件下分别讨论水热时间、水热温度及其反应溶液pH值对合成MoO3介孔材料的影响。   (1)水热时间的影响:强酸性环境(pH=1.0),水热温度为100℃条件下,实验发现过短的水热时间(<3h)不能得到MoO3粉体,而过长的水热时间(≥24h)不能得到MoO3介孔材料。XRD结果表明合成出来的粉体均为六方相的MoO3;水热时间为3h、6h、12h合成出的粉体均具有片状形貌,SEM照片显示条片形颗粒间存在孔隙;3h、6h、12h合成出的粉体的氮气吸附-脱附分析表明合成的粉体为介孔与大孔复合孔材料,水热时间为6h的粉体具有最大比表面积与孔容(分别为23.02m2/g,0.032cm3/g);样品的紫外-可见漫反射吸收光谱随比表面积增大而产生红移现象从而提高样品对可见光区的利用。   (2)水热温度的影响:强酸环境(pH=1.0),水热时间为48h条件下,实验发现较低水热温度(≤100℃)与较高水热温度(≥180℃)得到的粉体经萃取均不能得到MoO3介孔粉体。样品XRD结果表明100~180℃水热温度合成出的粉体均为六方相的MoO3;120~160℃合成出来的粉体具有相同的片状形貌,结合氮气吸附-脱附分析可知粉体为介孔与大孔复合孔材料,水热温度为120~160℃合成的MoO3介孔粉体具有相近的比表面积与介孔孔容:添加P123改性合成出的MoO3粉体提高了对可见光区光的利用。   (3)溶液pH值的影响:水热温度为160℃,水热时间为48h条件下,实验发现溶液pH值小于2.0能够得到介观结构。样品XRD结果表明合成出来的粉体均为六方相的MoO3,粉体晶体尺寸在纳米范畴,且晶粒尺寸以及颗粒尺寸随着pH值减小而减小;从物理吸附分析可知pH值为1.5时样品具有最大比表面积,而pH值为0.5时具有最大介孔孔容;粉体紫外-可见光漫反射吸收光谱吸收边随溶液的pH值减小向红光波长方向移动。
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