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有序介孔材料作为一类新型分子筛已成为材料和化学领域的研究热点之一。本文选择一系列有序介孔材料的高温氮化作为研究内容,目的在于将阴离子氮引入到介孔材料的骨架中,发展氮掺杂有序介孔材料的制备方法;同时针对含氮有序介孔材料的特点研究了该类材料的碱催化特性;此外,用自制的含氮有序介孔硅酸铝材料为固体模板制备出了一种新型的氮掺杂有序介孔碳材料。获得的主要研究结果和主要结论如下:
⑴采用氨气下高温处理SBA-15,成功制备出高氮含量的氮氧化硅有序介孔分子筛,提出了介孔氧化硅的氮化机理,并对该类材料的在不同条件下处理后,其结构和组成的稳定性进行了研究。介孔氮氧化硅对Knoevenagel缩聚反应有很高的催化反应活性,其活性远高于文献所报道的相同实验条件下无定形氮氧化硅和含氮的沸石分子筛对该反应的催化活性。
⑵用有序介孔二氧化硅薄膜为前驱体,用氨气高温氮化的方法首次制备出一系列不同氮含量的高度有序介孔氮氧化硅薄膜材料,其最高氮含量可达15.8wt%,获得的介孔薄膜表面光滑,无裂纹。
⑶以介孔磷酸铝为前驱体,利用氨气高温氮化首次制备出一系列不同氮含量的有序的介孔含氮磷酸铝材料。测试表明,氮原子确实取代了材料中的氧原子而进入到骨架当中。同时所制备的材料由于氮原子的引入具有酸碱双重特性。
⑷用含氮介孔硅酸铝为固体模板,以呋喃甲醇为碳源,制备了氮掺杂的有序介孔碳材料。在固体模板中的含氮基团在呋喃甲醇/模板复合物高温碳化聚合中参与反应,形成了最终介孔碳材料表面的含氮基团。氮掺杂碳材料的微观形貌完全继承了其母体模板含氮介孔硅酸铝模板的形貌。所制备的氮掺杂的介孔碳材料均具有高的比表面积,高孔容和均一的介孔孔径。