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有序硅基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。本论文工作选择了SBA-15在不同工艺条件下的氮化行为作为研究内容。首先研究了SBA-15的氨解氮化行为,并制备具有介孔孔道的多级孔结构的二氧化硅,研究其氨解过程,其目的在于将氮元素引入介孔材料骨架,合成具有催化剂及催化剂载体应用前景的硅基含氮化合物。同时利用SBA-15比表面积大,便于孔道负载的优势,创新性的提出利用碳热还原结合纳米浇注氮化SBA-15粉体,并进一步将该方法拓展到Sialon基粉体的制备上。获得的主要研究结果和主要结论如下:
1、研究了SBA-15在高温下的氨解氮化行为,包括氮含量以及微结构随氨解时间和温度变化的趋势。发现在温度低于1050℃,保温不超过20h的情况下,样品的氮含量随处理温度的升高和时间的延长而上升,但是超过上述温度和时间范围,氮含量不升反降。
2、利用聚氨酯模版法结合挥发诱导自组装法制备了块体多级孔氧化硅,并在氨气中高温氨解氮化,通过表征氮化前后的孔结构变化,发现长时间的氨解氮化会导致介孔孔径的进一步收缩和坍塌,但是仍然能够观察到介孔。
3、利用碳热还原结合纳米浇注的方法氮化SBA-15粉体,在较短的处理时间内得到较高的氮化产率,而且能够保持孔道的完整性。延长处理时间,孔道结构逐步坍塌,得到晶态的α-Si3N4。研究发现在孔道中填充碳可以使碳和介孔材料的接触更加充分,且可延缓孔道结构的坍塌。同时研究了氮化时间,温度以及氮气流量对产物结构和组分的影响。并对产物中观察到的晶须成分进行了表征,证明是含有很少量α-SiC缺陷的α-Si3N4。
4、将碳热还原结合纳米浇注的方法拓展到Sialon基粉体的制备上,得到了以β-Si3Al3O3N5为主晶相的粉体,初步研究了反应进程与温度及时间的关系。同时表征了产物中很少量的晶须的成分,为α-SiC。