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摘 要

本次论文采用了溶剂挥发诱导法，用模板剂合成所需介孔材料。其中模板剂是F127，是一种三嵌段聚合物，碳取自蔗糖，二氧化硅来自正硅酸乙酯。

本文分成三部分：第一部分为综述，介绍了介孔材料的背景，一些常用的合成方法及原理，有关金属锡掺杂的研究等。

1. 分为实验过程，详细介绍了如何合成含锡介孔材料，改变一些试剂比例在实验过程中产生的影响。
2. 分主要是对已合成的含锡介孔材料和根据新路线制备的材料进行了一系列常用表征，包括X射线小角衍射、热重分析和紫外-可见光漫反射测试等。

实验证实锡的引入不会影响碳硅介孔材料结构的有序性， 且所得到的介孔材料组成在一定范围内可以调变性。

关键词：介孔材料， 锡， 碳硅复合材料

Preparation of tin-containing mesoporous materials

Abstract

In this paper, the solvent volatilization induction method was used to synthesize the mesoporous materials. The template is F127, a triblock polymer, carbon from sucrose and silica from ethyl orthosilicate and so on.

This paper is divided into three parts: the first part is a review. The background of mesoporous materials, some common synthesis methods and principles, and the study of tin doping are introduced.

The experimental process is divided into two parts: how to synthesize tin containing mesoporous materials and how to change the proportion of some reagents in the process of experiment.

The synthesized tin mesoporous materials and the materials prepared according to the new route have been characterized by a series of common methods, including X-ray small angle diffraction, thermogravimetric analysis and UV-Vis diffuse reflectance measurement.

The experimental results show that the introduce of tin wouldn’t destruct the ordered structure of mesoporous silica carbon composite, and the composition of the obtained mesoporous materials is adjustable.

Key Words: Mesoporous material; Tin ; Silica carbon composite

目录
摘要 I

Abstract II

第一章 综述 1

1.1 介孔材料 1

1.1.1 背景 1

1.1.2 定义与分类 2

1.2 介孔材料的合成 2

1.2.1 水热合成法 2

1.2.2 溶胶-凝胶法 3

1.2.3 溶剂挥发诱导自组装法 4

1.3 金属锡的掺杂 5

1.4 研究意义 6

第二章 实验与表征 8

2.1 实验部分 8

2.1.1 实验原料和试剂、实验设备 8

2.1.2 合成液的制备 9

2.1.3 介孔材料的合成 10

2.1.4 新的探索 11

2.2 表征 13

2.2.1 X射线小角衍射 13

2.2.2 热重分析 15

2.2.3 紫外-可见光漫反射光谱 17

第三章 总结与展望 20

3.1 分析与总结 20

3.2 展望 20

参考文献 22

致谢 24

第一章 综述

介孔材料

1.1.1 背景

早在1969年，介孔材料就已问世，科学家们还为此申请了专利，至1971年申请被批准，到了1990年时，Yanagisawa等在碱性的条件下将有机物与无机化合物混合，发生了离子交换，最后制得了一种孔径分布狭窄的介孔材料^[1,2]。两年后，Mobil公司的科学家们在Nature上发表了在碱性条件下，经超分子组装合成的M41S系列的有序介孔材料，以此开启了材料科学的新纪元。

为了证明不仅仅只有在碱性条件下才能合成高度有序的介孔材料，1994年，即在Huo等经过两年不断摸索之后，最终在酸性条件下，用相同的模板剂成功合成了一系列的介孔材料。

1995年科学家们开始对介孔材料的物理、化学性质进行研究。在纯硅基的介孔材料中加入其他原子，从而使材料产生酸碱性或显示出催化性能。还有另外一种改变性能的方法就是将材料表面功能化。比起改变整个介孔材料的性质，只改变表面无疑是更加省时又省力的，经过涂覆、改性等表面工程技术，给材料表面赋予新的特性来满足需要。1996年Bagshaw首次合成出了热稳定性高达700 ℃的Al₂O₃介孔分子筛^[3]。

1997年Brinker等使用酸性溶液，通过溶剂挥发诱导成功合成了高质量的介孔薄膜。1998年Zhao等首次利用三嵌段共聚物合成了有较大孔径和壁厚的介孔材料，还改善了材料的热稳定性和水热稳定性，使得其应用愈加广泛^[4]。

2003年Zhao等利用酸碱配对，采用大分子模板剂和无机前驱物合成介孔材料时发现，模板剂可以控制金属氧化物活性，而且前驱物还可以自行调节酸度^[5]。不得不说，模板剂功能的越来越多样化，使得介孔材料的发展进度也变得越来越快。

1.1.2 定义与分类

1.定义

介孔材料是指拥有2-50 nm不等的孔径，且分布狭窄、有规则结构的多孔材料^[5]。巨大的比表面积和特殊的孔道结构，孔道体积、孔径大小可调且较为均一，内表面易于修饰，颗粒外形丰富多彩等等，都令介孔材料比起其他的结构材料有了更广泛的用途，但是，无定型的孔壁结构却限制了材料的水热稳定性，好在近年来经过无数科学家们的不懈努力，相继研究合成出多种新型的介孔材料，且都在一定程度上克服了这个短板。

2.分类

根据结构的不同，介孔材料可分为无序孔和有序孔结构材料两大类。前者孔管道的排列不规整且皆不互通，所以制备起来要相对简单一点；有序孔材料，顾名思义，分布在空间的孔都是排列规则的。按化学组分的不同，介孔材料则有硅基和非硅基两种。硅基介孔材料又有纯硅和杂原子掺杂两种，不同杂原子的掺杂会对介孔的性质产生不同的变化^[6]。本论文主要从化学组成角度进行分析。

介孔材料的合成

介孔材料的基本合成方法有很多种^[7-13]。本论文采用软模板法，接下来就对一些经典方法和本次试验中使用的方法进行简单介绍。

1.2.1 水热合成法

水热合成包括了在高蒸汽压下从高温水溶液中结晶物质的各种技术，也称为“水热法”。“热液”一词源于地质，20世纪初以来，地球化学家和矿物学家对水热液相平衡进行了研究。卡内基研究所的乔治·W·莫雷和哈佛大学的珀西·W·布里奇曼曾做了大量的工作，进而在大部分水热作业进行的温度和压力范围内，为控制反应介质奠定了必要的基础。水热合成可以被定义为一种根据矿物在高压热水中的溶解度来合成单晶的方法，晶体生长是在一个高压釜钢制压力容器组成的装置中进行的，在生长室内会产生温度梯度，营养物质就在热端溶解，在冷端结晶。与其他类型的晶体生长相比，水热法的优点时能够产生在熔点不稳定的结晶相。但是这种方法的缺点也很明显，像是昂贵的实验费用，以及无法观察晶体生长的情况等。

水热合成一般有三种方法。第一种是温差法，这也是水热合成中应用最广泛的方法。通过降低晶体生长区的温度来实现过度饱和，营养物质被放置在高压釜的下部，用一定量的溶剂填充，加热高压釜，形成两个温度区。通过溶液的对流运动，养分在较热的区域内溶解，下部的饱和水溶液被输送到上部，高压釜上部的冷却器和密度较高的溶液下降，溶液逆流上升，由于温度的降低和结晶的形成，溶液在上部变得过饱和。

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