以有机结构导向剂构筑硅酸盐超大孔分子筛的合成、表征及性质研究

Zeolites are of a sort of important inorganic material, which are with regular pore structure, large inner surface, good adsorption capability and strong acid sites. They were widely used in catalysis, adsorption, separation and ion exchange. .The extra-large pore zeolites could be used in the petrol industry and fine chemistry with their nanosized pore window. However, it was very difficult to obtain the extra-large pore zeolites. In recent years, a new series of germanosilicate zeolites were found as the synthesis theory was developed. The synthesis of extra-large porous and hierarchical-meso-micro porous zeolites attracted much interest. .In this research, a series of new organic compounds were designed and synthesized as the structure-directing agent. In the hydrothermal condition, the amount of water was restrained strictly, the F- was also added into the reaction system to obtain the double four rings and double three rings structure. The synthesis and characterization of zeolites were carefully studied. The final aim was to supply the novel zeolites to the catalysis of organic molecular. Then we could build a cycle from organic compound to zeolite and then return to organic compound. In this subject, the synthesis of zeolites and its developed application in organic chemistry are both meaningful.

分子筛材料具有独特的晶体结构、高的比表面积和吸附能力，可被调变的活性位点，在催化、吸附、分离、离子交换等方面有着重要的应用。深入研究有机结构导向剂，分子筛孔道结构和催化反应底物及产物这三者之间的关系，对新型分子筛材料的合成、性质及应用研究具有重要的意义。本项目选择特殊空间结构的有机分子做为底物，对其进行修饰和季铵化，从而获得结构新颖的有机分子结构导向剂。利用新结构导向剂，优化水热反应条件，制备具有新颖结构的硅酸盐超大孔分子筛。测定并调整分子筛产物的组成、结构及物理、化学性质。利用分子筛的特殊孔道性质，提升有机分子的合成效率。研究有机模板剂分子、分子筛孔道和催化反应原料及产物这三者的内在联系。希望通过本项目的实施，构建一个从有机分子到分子筛结构再到有机分子的良性循环，为分子筛材料的合成及应用研究提供理论和实验依据。

以氟离子，氢氧根离子构筑锗硅双四元环次级结构单元，再由新型的有机胺结构导向剂为模板，晶化导向具有孔道结构的产物。对所得产物进行X-Ray粉末衍射表征，所获得的谱图与已有分子筛数据库对比，未发现和已有报道结果相同的样品。元素分析表明，硅锗及有机结构导向剂均存在于最终产物里，预示着新型有机结构导向剂的空间导向效果，可能作用于最终产物。结合差热热重分析结果，产物具有较好的热稳定性。固体硅核磁的结果也表明，产物中的硅元素以四配位形式存在。通过对粉末衍射结果进行拟合，所得的晶胞参数表明产物很可能为三维骨架结构，且未在数据库中发现相同结果。所得产物暂时命名为RUB-60，61，62。.由于硅锗体系的特殊合成条件，很难获得尺寸达到单晶结构解析程度的晶体。为此，我们一边优化合成条件，试图提升晶体质量和尺寸，一边由已知结构的分子筛材料开展性质研究。这些研究内容包括掺杂过渡金属的分子筛材料在电化学条件下进行甲醇催化氧化的实验；在PBS溶液中，以分子筛材料为电极的药物分子的检测；在环境水中，分子筛电极检测重金属离子和残余药物的工作；具有手性孔道的分子筛材料在药物对映体分子拆分中的应用研究；以分子筛为载体，担载离子液体和难溶药物分子混合物的吸附、脱附，缓释、速释等研究工作。这些工作都是为新分子筛结构的应用提前打好基础。.与本项目联系最为紧密的研究结果是金属纳米簇在抗菌、抗病毒方面的研究，以及磁性氧化铁纳米粒子在医学影像方面的性质及应用研究。这些研究都极大扩展了本项目的研究思路，是本项目研究内容的重要补充。