介孔材料是具有一定孔径和孔隙度的材料,其孔径一般在250纳米之间,孔隙度在20%!(MISSING)80%!之(MISSING)间。介孔材料可以是无机材料,如二氧化硅、氧化铝等,也可以是有机材料,如聚合物等。介孔材料的特点是具有大的比表面积和高的孔隙度,因此具有良好的吸附、分离和催化性能,在环境治理、生物医药、能源等领域有广泛的应用。
而纳米材料是指至少在一个维度上尺寸在1~100纳米之间的材料,其具有特殊的物理、化学和生物性质,具有广泛的应用前景。纳米材料可以是金属、陶瓷、半导体、高分子等材料,如纳米银、纳米氧化锌、纳米硅等。纳米材料的特点是具有尺寸效应和表面效应,因此具有较大的比表面积、高的化学反应活性和良好的光、电、磁性能。
因此,介孔材料和纳米材料是两个不同的概念,介孔材料可以是纳米材料,也可以是宏观材料,而纳米材料则是具有纳米尺度特征的材料。
根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的规定,介孔材料是指孔径介于2-50nm的一类多孔材料。介孔材料具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点,使得它在很多微孔沸石分子筛难以完成的大分子的吸附、分离,尤其是催化反应中发挥作用。而且,这种材料的有序孔道可作为“微型反应器”,在其中组装具有纳米尺度的均匀稳定的“客体”材料后而成为“主客体材料”,由于其主、客体间的主客体效应以及客体材料可能具有的小尺寸效应、量子尺寸效应等将使之有望在电极材料、光电器件、微电子技术、化学传感器、非线性光学材料等领域得到广泛的应用。因此介孔材料从它诞生一开始就吸引了国际上物理、化学、生物、材料及信息等多学科研究领域的广泛兴趣,目前已成为国际上跨多学科的热点前沿领域之一。
按照化学组成分类,介孔材料一般可分为硅系和非硅系两大类。
1. 硅基介孔材料孔径分布狭窄,孔道结构规则,并且技术成熟,研究颇多。硅系材料可用催化,分离提纯,药物包埋缓释,气体传感等领域。硅基材料又可根据纯硅和掺杂其他元素而分为两类。进而可根据掺杂元素种类及不同的元素个数不同进行细化分类。杂原子的掺杂可以看作是杂原子取代了原来硅原子的位置,不同杂原子的引入会给材料带来很多新的性质,例如稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的变化等等。
2. 非硅系介孔材料主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等。由于它们一般存在着可变价态,有可能为介孔材料开辟新的应用领域,展示硅基介孔材料所不能及的应用前景。例如:铝磷酸基分子筛材料中部分P被Si取代后形成的硅铝磷酸盐(silicon-aluminophosphate,SAPOs)、架构中引入二价金属的铝磷酸盐(metal-substituted AIPOs,MAPOs)已广泛应用于吸附、催化剂负载、酸催化、氧化催化(如甲醇烯烃化、碳氢化合物氧化)等领域。内表面积大和孔容量高的活性炭,由于具有高的吸附量以及可从气液中吸附不同类型的化合物等特性已成为主要的工业吸附剂。此外介孔碳制得的双电层电容器材料的电荷储量高于金属氧化物粒子组装后的电容量,更是远高于市售的金属氧化物双电层电容器。二氧化钛基介孔材料具有光催化活性强、催化剂载容量高的特点,其结构性能和表征方面的研究颇多。
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