层状硅酸盐的固相转晶成孔机理研究

Porous materials have attracted great interest in material and chemistry field because of their unique structure and properties.To exploit green and efficient routes and novel applications for porous materials, it is constructive to understand formation mechanism of the porous materials. The porous materials are synthesized by solid state transformation from cheap layered silicates, which little waste water is produced and products are obtaied with high yield. The process is considered to be one commercialization way in the future. This project will investigate local structures of intermediates and pore-formation under crystallization by combining high resolution X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, solid state nuclear magnetic resonance, and density functional theory. Based on the above mentioned results, evolution model will be built from two-dimention to three-dimention of silicates, and solid-state transformation mechanism will be elaborated from silicates to porous materials. The findings will promote to establish the research methods and theories on solid-state crystallization of porous materials, and to guide efficient and green synthesis of porous materials. The above-mentioned proposal has important scientific significance and application value for synthesis of porous materials.

多孔材料因其独特的结构和性能在诸多领域有着广泛的应用，其合成机理研究对绿色、高效合成路线的探索和应用具有重要指导意义。以层状硅酸盐为原料经固相转晶合成无机多孔材料具有价格低廉、废液量少、产品收率高等特点，产业化应用前景广阔。本项目以高分辨X射线衍射数据为依据，采用原子对分布函数分析方法，结合傅里叶变换红外光谱和固体核磁共振等表征手段，考察多孔材料晶化过程中存在的中间态的局部结构及其在晶化成孔过程中的变化情况，建立自硅酸盐二维层状至三维多孔结构的演变模型，阐释以层状硅酸盐为原料合成多孔材料的固相转晶成孔机理，并在此基础上建立多孔材料固相转晶机理的研究方法和理论，从而指导多孔材料的高效、绿色合成。这一工作具有重要的科学意义和应用价值。

多孔材料因其独特的结构和性能在诸多领域有着广泛的应用，其合成机理研究对绿色、高效合成路线的探索具有重要的指导意义。以硅酸盐矿物为原料转晶制备无机多孔材料具有价格低廉，废液量少，产品收率高等优点，产业化应用前景广阔。本项目致力于阐释以硅酸盐矿物为原料合成多孔材料的机理，并在此基础上建立多孔材料晶化机理的研究方法。. 本项目以硅酸盐矿物为原料合成了一系列分子筛，所得产物均具有较高的结晶度和良好的热稳定性，丰富了以硅酸盐矿物为原料合成分子筛的种类和方法。研究了模板剂在分子筛产物中的存在形式，推断了在合成过程中模板剂的作用，并研究了限域状态下有机模板分子的性质。也对晶化过程中间态的结构及变化进行了研究，并提出了晶化机理：1.在以硅藻土为原料合成丝光沸石的过程中，形成于晶化初期的五元环之间通过四元环相互连接形成丝光沸石；2.推断以magadiite为原料合成omega沸石的机理为：在晶化初期magadiite的长程有序结构被破坏，但有少量的五元环和六元环结构单元被保留，四元环的生长阶段落后于五元环和六元环；3.在以magadiite为原料合成镁碱沸石和ZSM-5分子筛的过程中，均是magadiite的层板首先发生结构重组形成特定结构的前驱体，前驱体继而生长形成分子筛骨架。. 提出的晶化机理共同说明了原本存在于硅酸盐矿物原料中的部分次级结构单元在晶化的过程中可以被直接利用。这一结论不仅证实了晶化机理受到原料组成和结构的影响，还可以为合成分子筛的原料选择提供一定的理论依据。本项目中建立的对晶化机理的研究方法普适于多孔材料晶化机理的研究。