硅基无机-有机杂化介观材料的合成与性能研究

It is well known that studies on mesoporous materials, especially on inorganic-organic hybrid mesocopic materials are attracting more and more attention in the past ten years because they are easily introduced various functional groups. Recently, a new kind of silica-based inorganic-organic hybrid mesocopic materials were reported, which are metal cation-mediated bridged and designed as MBH. MBH proved to possess a remarkable anion-exchange capacity. In this project, organic groups with high coordination capacity and other inorganic species are going to be introduced in the framework via hydrothermal synthesis, ionothermal synthesis, and room-temperature diffusion. The materials are expected to have higher anion-exchange capacity. The previous work revealed that the metal ions in the framework of MBH are easy to leach during repeated ion-exchange procedures. In this project, new siloxanes are going to be used to prepare stable MBH instead of the tested siloxane. The materials are going to be used as heterogeneous catalysts, removing agent for bulky anions in polluted water, and anion-exchanger.

无机有机杂化介观材料，特别是硅基的无机有机杂化介观材料，由于有机化合物的多样性加上介孔材料的特殊结构和功能，使这类材料的发展充满了巨大的潜力。MBH（metal cation-mediated bridged hybrid mesoscopic materials）材料是一系列金属阳离子桥联无机有机杂化材料，它们为阴离子交换剂及催化剂载体等提供了新的选择。本项目拟通过改变无机离子的种类、选择具有更强、更多配位能力的有机基团，辅以适当的表面活性剂，采用水热合成、溶剂热合成、室温扩散等多种合成方法，制备具有更高离子交换能力和稳定性的MBH材料，并且研究这些材料作为多相反应催化剂、污水中大尺寸阴离子基团去除剂、高效阴离子交换剂的应用情况。由于MBH材料的独特性和新颖性，越早开始对以上创新性十分明显的工作进行扩展研究，就会真正的在MBH材料的研究领域占有先机。

杂化介观材料由于具有多样功能而受到人们的普遍关注。在本项目中，我们尝试制备了两类杂化介观材料。1）近年来，纳米氧化铁引起人们的极大兴趣，被广泛的应用于各个领域，如磁流体、生物成像、传感器、能源环保和催化剂等。由于纳米氧化铁的形状、尺寸和分布决定着其物理和化学性质，因此，寻找结构和尺寸可控的制备方法是目前的研究热点，尤其是制备粒径小于10纳米的金属氧化物纳米粒子。目前，这类尺寸较小的金属氧化物纳米粒子都是在表面活性剂存在或有机相高温分解的条件下得到的，这样相对苛刻的合成条件限制了其广泛的应用。在这里，我们首次在无表面活性剂的条件下，采用水热法一步合成了粒径小于10 nm的γ-Fe2O3和聚合物的纳米复合材料，利用同步生成的聚合物来抑制γ-Fe2O3的聚集和生长，进而实现对粒径的有效控制。利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附、热重分析(TGA)、X射线衍射测试(XRD)和穆斯堡尔谱等方法对其物理和化学性能进行表征。以硝基苯还原反应为探针反应进行催化性能的测试，结果表明，此纳米复合材料在硝基苯还原反应中具有优良的催化活性和循环性能。2）以一种简单的离子交换法通过高温氮气保护条件下炭化，制备了介孔TiO2/C复合材料，该材料在染料的可见光降解中表现出良好的活性。从Meso-TiO2/C的形成机制出发，通过对不同条件下制备的样品进行XRD、SEM、TEM、氮气吸附-脱附分析、紫外可见漫反射、拉曼、差热热重、XPS、元素分析等表征，结合可见光条件下样品对甲基橙的光催化活性结果，尝试理解此方法制备高催化活性Meso-TiO2/C的机理。