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磷酸铝系材料包括磷铝分子筛及其无机化合物晶体,是一类非常重要的材料。与其他晶体材料一样,这类材料的尺寸和形貌决定了其吸附、分离和催化等性能。一般可以通过调变合成液的组成、原料的种类、晶化条件、晶化方式及溶剂介质等因素来控制和改变晶体的形貌。同时对晶体形成过程的研究,可以深入了解晶体的生长机理,从而可以为选择性的合成不同形貌和结构的晶体提供理论基础。新形貌磷酸铝分子筛形成过程和树状结构磷酸铝晶体的合成还未见报道。本文以三乙胺为模板剂,通过在合成液中添加适量的醋酸制备了具有铅笔状形貌的SAPO-5磷铝分子筛,并通过水热法合成了形状可控的二维和三维树状磷酸铝晶体,同时对这两种具有特殊形貌晶体的生长过程和机理进行了探讨。主要研究内容和结果如下。 以异丙醇铝、硅溶胶、磷酸、三乙胺、醋酸和去离子水为原料,按摩尔比为Al2O3∶1.1P2O5∶SiO2∶3.5TEA∶10-12HAc∶250H2O的配方配制合成液,在180℃下水热合成48 h得到了新形貌铅笔状的SAPO-5分子筛,即大的中空六棱柱内同轴生长了一个小的六棱柱晶体。考察了醋酸浓度对产物形貌的影响,并通过一系列晶化时间的实验,辅助酸洗去除无定形凝胶等手段来观察研究晶体的生长过程。结果表明,该形貌的晶体的生长过程并不是传统的奥斯瓦尔德成熟过程而是遵循反向的生长过程。晶化首先发生在无定形椭球颗粒的表面,形成外部为六棱柱的结晶壳。随后,包裹在结晶壳内部的无定形物质开始晶化形成小的六棱柱晶体,并逐渐生长直至长度超出外部的大六棱柱,最终形成铅笔状的形貌。 采用水热法制备出了具有2D树状结构的磷酸铝,并通过在合成液中添加适量的CTAB来进行调变,得到了3D的树状磷酸铝。2D样品是三级对称的树状结构,其树干与树枝,树枝与树叶之间呈60°,而3D样品则是由许多树干从中心点向四周生长,并且树枝垂直生长在树干上的立体树状结构。考察了硝酸、磷酸、三乙胺、水和CTAB的浓度及晶化温度和表面活性剂种类对晶体形貌的影响。结果显示,三乙胺和CTAB在合成中起到了结构导向剂的作用。样品的形貌和相组成受各前驱体浓度与晶化温度的影响。通过一系列不同时间形貌演变的研究,我们系统地讨论了树状磷酸铝的生长过程并提出了相关机理。