最近刚好写了这方面的一个有趣帖子。先贴过来:
大学时的有机化学,大家对人名反应应该不陌生,而且可能还要背诵很多人名反应。人名反应是对一个有机化学家的很高的荣誉。在无机化学研究领域里面,我们也有很多比较有名的多孔材料,这些材料多以研究所或者研究人员所在大学的名字来命名,现整理如下:
MCM系列
MCM是Mobil Composition of Matter, Mobil Crystalline Materials的简称。主要有美孚石油公司的科研人员,以硅酸乙酯为硅源,通过基于胶束的软模板的方法合成的。MCM系列中,比较有名的是MCM-41 (Mobil Composition Of Matter N. 41)。MCM-41中是有规整的圆柱形介孔排列而成的一维孔道结构。介孔孔径可以在2 – 6.5 nm之间可调。相比于分子筛,MCM-41中没有Bronsted酸位;由于其孔壁很薄且硅基单元交流度不高,因此其水热稳定性不好。最早关于MCM-41合成的论文发表于1992的JACs上,现在该论文的引用量已经接近12,000次。(J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), pp 10834-10843.)
图1 MCM-41的合成机理图,使用的表面活性剂是阴离子表面活性剂
SBA系列:
SBA系列介孔硅材料的命名来源于加州大学圣芭芭拉分校,是Santa Barbara Amorphous的简称。其中,名气比较大的是SBA-15。SBA-15是赵东元老师的成名作,于1998年发表在Science上,目前论文的引用已超过10000次。SBA系列的介孔硅材料也是使用软模板法合成的,使用的是嵌段型表面活性剂;其孔径在5 - 30 nm的范围内可调。由于SBA-15的孔壁较厚,材料的水热稳定性较MCM系列材料要好一些。在煅烧过程中能够去除掉镶嵌在孔壁中的表面活性剂,进而产生微孔结构,因此SBA-15是同时含有微介孔的多维孔材料。(Science 23 Jan 1998: 279, 5350, 548-552.)
图2 (左)不同孔径的SBA-15的TEM图,(右)三嵌段的表面活性剂的疏水端会进入到形成的二氧化硅的孔壁当中,煅烧出去模板后,就得到微孔。
HMM系列
HMM是(Hiroshima Mesoporous Material)的简称,是由广岛大学(Hiroshima University)的研究人员于2009年首先制备得到。HMM是球形的介孔硅材料,其孔径大小4 -15 nm,外径20 - 80 nm可调。在其合成步骤中,作者首先通过油/水/表面活性剂混合溶液形成乳液微滴,然后在以原位生成的聚苯乙烯颗粒为模板生长硅,除去模板后就得到球形的介孔硅。(Microporous and Mesoporous Materials 120 (2009) 447-453.)
图3 HMM的合成机理示意图,以及产品的SEM和TEM图
TUD系列
TUD是Technische Universiteit Delft的简称,也就是荷兰代尔夫特理工大学。在电镜图中,TUD-1呈现泡沫状,其表面积在400-1000 m2/g之间,介孔孔径在2.5 – 25nm之间可调。材料的合成中,没有表面活性剂,而采用三乙胺作为有机模版剂,通过调节有机模版剂和硅源的比例可以调控其孔结构。(Chem. Commun., 2001, 713–714)
图4 (左) TDU-1的SEM图,(右)以TDU-1为硬模版合成的介孔炭材料
FSM系列
FSM是Folded Sheets Mesoporous Materials的简称。直译其名字就是,折叠的片状介孔材料。FSM的合成是将合成的层状硅酸盐材料Kanemite与长链烷基三甲基胺(ATMA)在碱性条件下混合处理,发生离子交换作用,得到孔径分布狭窄的三维介孔氧化硅材料。FSC的比表面积在650 -1000 m2/g,孔径大小在1.5 -3 nm。(Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, No. 5 (1996))
图5 FSM的透视电镜图
KIT系列
KIT没有找到很官方的说法,不过我注意到首先制备该材料的研究人员的工作单位是"Korea Advanced Institute of Science and Technology",因此很有可能是该机构的简写。同样是属于有序介孔二氧化硅材料,不同于SBA-15 (cubic p6mm)的单向的孔道结构,KIT-6 (cubic la3d)具有互相联通的介孔结构。在KIT-6的合成中,使用三嵌段表面活性剂(EO20PO7 0EO20)和丁醇的混合物作为结构导向剂。KIT-6的孔径大小在4 -12 nm内可调,比表面积960 - 2200 m2 g-1。(Chem. Commun., 2003, 2136-2137)
图6 (左)SBA-15p6mm和KIT-6 la3d的结构示意图,(右)KIT-6的TEM图
CMK系列
1999年Ryoo以介孔材料为硬模板成功地复制了其他介孔材料。这一系列材料命名为CMK。同样没有找到官方的命名说法,不过很有可能是Carbon Molecular Sieves和Korea的结合起来命名的。他先后以MCM-48,SBA-1, SBA-15, KIT-6为模板复制出了CMK-1, CMK-2,CMK-3, CMK-8, CMK-9介孔碳分子筛材料。(J. Phys.Chem. B, 103, 37, 1999.)
图7 CMK-1和CMK-3的透射电镜图
FDU系列
FDU系列是Fudan University的简称,是赵东元老师回到复旦之后做做的工作。FDU是一系列使用软模板法合成的酚醛树脂,经高温碳化可以合成得到有序介孔炭材料。同样是使用表面活性剂作为结构导向剂,使用酚醛树脂的前驱体作为原料,通过溶剂挥发自组装的方法来得到有序的结构。(Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053 - 7059)
图8 经过高温碳化后的FDU-15和FDU-16
Starbon
Starbon是介孔炭材料的名称。因为最初的Starbon是约克大学(University of York)的研究人员通过淀粉(Starch)的溶胶凝胶方法合成,然后经过碳化得到的。因此,其名字叫Starbon,并且注册了商标名称"Starbon"。Starbon的介孔孔容为2.0 cm3 / g,比表面积为500 m2/g,可作为催化剂的载体,气体吸附或者水净化剂。现在Starbon原料可以扩展到果胶和海藻酸。
图9(左)Starbon的合成步骤,(右)Starbon的SEM图
参考文献:
1. J. Am. Chem. Soc., 1992, 114 (27), pp 10834-10843.
2. Science 23 Jan 1998: 279, 5350, 548-552.
3. Microporous and Mesoporous Materials 120 (2009) 447-453.
4. Chem. Commun., 2001, 713–714.
5. Bull. Chem. Soc. Jpn., 69, No. 5 (1996)
6. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1993, 8, 680.
7. Chem. Commun., 2003, 2136-2137.
8. J. Phys. Chem. B, 103, 37, 1999.
9. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7053 - 7059.
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有空再来介绍相应的分子筛和金属有机框架材料。
来源:知乎 www.zhihu.com
作者:研之成理
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