几种介孔材料的硬模板法制备及其气敏性质研究

论文摘要

本论文主要以几种介孔固体材料（介孔氧化硅SBA-15、KIT-6,介孔碳CMK-3、CMK-8）为模板,研究了氧化铟、氧化锡和氧化铜等介孔氧化物的硬模板合成;通过对前人所用合成路线的改进,简化了合成过程,降低了制备成本,扩展了硬模板法合成介孔材料的方法,探讨了介孔金属氧化物在气体传感器方面的应用。绪论部分简要介绍了介孔材料的发展历程、合成方法、合成机理以及在各个领域的应用价值。论文第二章以溶剂萃取处理的介孔氧化硅SBA-15为硬模板合成了氧化铟、氧化锡及铟锡复合氧化物的有序介孔材料。研究表明增加SBA-15的孔壁连通孔的尺寸能解决“溶剂萃取处理通常不能完全移除SBA-15孔道里的表面活性剂”的问题。萃取处理后的SBA-15具有良好的孔道连通性,孔道表面富含高密度的羟基基团有利于金属前驱体在孔道里的组装,是一个合适的硬模板材料。萃取处理过程中,表面活性剂没有遭到破坏,可以回收利用,降低了制备成本。本研究为有序介孔金属氧化物提供了一条低成本的合成路线。论文第三章以有序介孔碳CMK-3为硬模板合成了有序介孔氧化铜。本研究表明,对于那些不适合使用介孔氧化硅模板的金属氧化物而言,使用介孔碳为模板是一个有吸引力的选择。论文第四章以有序介孔碳CMK-8为硬模板、辅以高温处理,制备了高水热稳定的有序介孔氧化硅。研究表明所得氧化硅在100℃水热老化80 h后,依然具有有序的介观结构,其比表面积（330 m2·g-1）只比水热处理前（375 m2·g-1）下降了12%,显示了良好的水热稳定性。本研究为改善介孔氧化硅材料的水热稳定性提供了一种新的思路。论文第五章以前面合成的介孔氧化铟为敏感材料装配了气敏传感器并研究了其对甲醛的气敏性质。研究表明介孔氧化铟对甲醛具有非常高的敏感性,其敏感度随比表面积增加而提高。本研究为构筑高性能的甲醛气敏传感器提供了良好的敏感材料,同时也为如何通过在敏感材料中引入介孔结构来改善气敏传感器性能提供了实验基础。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 介孔材料简介
• 1.2 介孔材料合成方法
• 1.2.1 软模板法
• 1.2.1.1 合成机理
• 1.2.1.1.1 液晶模板机理
• 1.2.1.1.2 协同作用机理
• 1.2.1.2 合成体系
• 1.2.1.2.1 水体系合成
• 1.2.1.2.2 非水体系合成
• 1.2.2 硬模板法
• 1.3 介孔材料的结构和组成
• 1.3.1 介孔材料的结构
• 1.3.2 介孔材料的组成
• 1.3.2.1 硅基介孔材料
• 1.3.2.2 非硅基介孔材料
• 1.3.2.3 掺杂介孔材料
• 1.4 介孔材料的应用
• 1.4.1 催化领域的应用
• 1.4.2 生物医学领域的应用
• 1.4.3 电化学领域的应用
• 1.4.4 环保领域的应用
• 1.4.5 传感器领域的应用
• 1.5 本论文选题及研究意义
• 第二章 以萃取处理的介孔氧化硅（SBA-15）为模板合成介孔氧化铟、氧化锡、铟锡复合氧化物
• 2.1 引言
• 2.2 介孔氧化铟的合成
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.1.1 材料的合成
• 2.2.1.2 材料的分析与表征方法
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 介孔氧化硅模板的表征
• 2.2.2.2 前驱体的填充
• 2.2.2.3 介孔氧化铟的表征
• 2.2.2.3.1 填充量的影响
• 2.2.2.3.2 氧化硅模板的影响
• 2.3 介孔氧化锡的合成
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.1.1 材料的合成
• 2.3.1.2 材料的分析与表征方法
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.4 介孔铟锡复合氧化物（ITO）的合成
• 2.4.1 引言
• 2.4.2 实验部分
• 2.4.2.1 材料合成
• 2.4.2.2 材料的分析与表征方法
• 2.4.3 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 以介孔碳（CMK-3）为模板合成介孔氧化铜及氧化铟
• 3.1 引言
• 3.2 介孔氧化铜的合成
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.1.1 材料的合成
• 3.2.1.2 材料的分析与表征方法
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 模板的表征
• 3.2.2.2 介孔氧化铜的表征
• 3.3 介孔氧化铟的合成
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.1.1 材料的合成
• 3.3.1.2 材料的分析与表征方法
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 以介孔碳（CMK-8）为模板合成水热稳定的介孔氧化硅
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料合成
• 4.2.2 材料的分析与表征方法
• 4.3 结果与条论
• 4.3.1 模板的表征
• 4.3.2 水热稳定的介孔氧化硅的表征
• 4.4 本章小结
• 第五章 介孔氧化铟在甲醛气体传感器上的应用
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 气敏元件的装配
• 5.2.2 气敏测试装置和测试方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 测试温度的影响
• 5.3.2 比表面积对敏感度的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表和待发表的文章及申请的专利
• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT