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自从1992年美国Mobil公司的科学家成功合成出新型M41s系列的介孔分子筛以来，介孔材料作为多孔材料的新成员引起了广泛的研究兴趣。新生的M41s系列的介孔材料具有的长程高度有序的孔道结构，均一的孔径，较大的比表面，开放的孔道等特点，这些特点使其有望在石油化工领域，尤其是重油裂解方面有潜在的应用前景，重油裂解一直是传统微孔沸石分子筛的瓶颈问题，介孔材料的出现让重油裂解成为可能，在近二十年里介孔材料得到很大的发展，取得了很大的成就。M41s系列分子筛的合成思路已经被广泛的扩展到介孔氧化物，复合氧化物，介孔磷酸盐，介孔炭基材料和介孔陶瓷基材料等介孔材料的合成。随着研究的深入，人们逐渐发现介孔材料的热稳定性和水热稳定性远不及微孔的沸石分子筛，其中一个很重要的原因是，所得到的介孔结构大多具有无定形的孔壁，这大大的限制了其实际的产业化应用。提高介孔分子筛的热稳定性和水热稳定性成为该领域的研究目标。为了实现这个目标，其中一个解决办法是合成孔壁晶化的介孔结构，这也因此成为介孔领域的热点研究方向之一。炭基介孔材料由于具有特别的表面惰性和电子性质以及良好的热稳定性、水热稳定性也是近年来介孔材料研究领域的热点。 在本文的工作中，我们选择两种工业上常用且非常重要的催化材料，即铝基和炭基材料进行了其介孔结构的设计合成，表征及初步的性能研究，基于液晶模板(liquid crystal templating)和协同自组装(cooperative self-assembly)机理利用蒸发诱导自组装(evaporation induced self-assembly)和水系的有机-有机自组装(organic-organic self-assembly)的方法，成功合成了铝基介孔和炭基介孔结构;利用透射电镜(TEM)，X射线衍射(XRD)，氮气吸脱附曲线，拉曼(Raman)等手段对所得的介孔材料进行了表征，并初步研究了所得材料的催化性能及电化学性能，主要包括以下内容: 1.绪论-介孔材料的背景介绍 详细的介绍了介孔材料的背景，主要包括介孔材料的介孔材料的诞生，发展历史，合成方法，合成机理，表征方法及其应用领域。 2.孔壁晶化的介孔γ-Al2O3和尖晶石型ZnAl2O4的设计合成，表征及催化性能 利用无水的铝盐为前体，利用嵌段共聚物表面活性剂P123为模板，无水乙醇为溶剂，采用真空控制的蒸发诱导自组装和水热后处理的路线合成了孔壁晶化的介孔结构的伽玛氧化铝，表征结果显示其具有有序的介孔结构，较高的比表面(～302 m2/g)，晶化的孔壁和均一的孔径，在合成体系里加入锌源可以得到孔壁晶化的尖晶石型铝基介孔材料，研究表明真空对于自组装过程非常关键，而水热处理则对晶化过程非常关键，其中利用该方法得到的介孔铝酸锌相对于TS-1具有更强的表面Lewis酸位和较好的苯酚羟基化的催化性能。 3.介孔炭材料的设计合成，表征及性能 利用蔗糖为前体，三嵌段共聚物P123为模板，利用稀硫酸为交联剂和炭化剂，通过蒸发诱导自组装炭化的方法合成了无序的蠕虫状的介孔炭材料，在此基础上直接利用苯酚，甲醛为前体，氢氧化钠和稀盐酸为催化剂，三嵌段共聚物F127为模板利用设计的碱/酸体系合成了高度有序的介孔炭，得到的介孔炭材料具有高度有序的六方介孔结构，高的比表面(760 m2/g)，较大的孔容(0.64 cm3/g)，均一的孔径分布(～3.3 nm)，研究表明合成体系的反应温度和反应时间对最终产品的介孔结构有很大影响，利用该方法所得到的介孔炭材料具有较好的热稳定性，在经过1000℃的焙烧后其介孔结构仍能较好保持，利用此方法得到的有序介孔炭材料的电化学性能优于蠕虫状的介孔炭，体现了有序介孔在离子扩散上的优越性。 4.高度有序的杂原子掺杂介孔炭材料的设计合成及表征 在成功合成高度有序介孔炭的基础上，利用低分子量可溶性的苯酚-尿素-甲醛的聚合物为前体，以三嵌段共聚物F127为模板，采用酸性条件下水体系的共组装的路线合成了高度有序的氮掺杂的介孔炭材料。表征结果表明所得到炭材料具有高度有序的六方介孔孔道结构，较大的比表面(～500 m2/g)，均一的孔径(～3.3 nm)。扫描电镜的元素成像显示氮元素在介孔炭中分布均匀，元素分析表明氮的掺杂量可以通过改变前体中氮源的加入量在2.3-8.4 wt.％之间可调，XPS结果显示氮的存在状态主要以吡啶氮和吡咯氮的形式存在。进一步的研究表明继续增加前体中氮源的量则会造成介孔结构有序性的迅速下降。 5.多孔石墨化炭材料的设计合成，表征及其电催化性能 利用蔗糖为前体，三嵌段共聚物F127为模板，利用水体系的蒸发诱导自组装的方法在强酸条件下合成了无定形的微孔-介孔复合的多孔炭基材料作为合成石墨化多孔炭的基体材料，表征结果表明利用该方法得到多孔炭材料既有介孔结构也有大量的微孔结构。利用该方法得到的无定形的多孔炭材料为基体，硝酸铁为铁源，采用水热沉积的方法将铁浸渍到多孔炭基体的孔道之中，将得到的多孔炭和氧化铁的复合中间体在惰性气氛下焙烧得到了石墨化的多孔炭材料，研究表明利用水热浸渍的方法可以将铁催化剂高度分散在多孔炭的孔道内从而使得催化剂与多孔炭基体紧密接触使得石墨化的温度大大降低，并且通过焙烧过程中简单处理可以得到具有磁性可分离的多孔石墨化炭材料。