MCM-41为有序介孔材料,它的主要成分是SiO2,结构呈有序的“蜂巢状”,其一维线性孔道呈六方密堆积阵列。
它们的孔道是有序排列的,并且孔径大小分布很窄,是高层次上长程有序的,因此它们具有一般晶体的特征。
与经典的微孔分子筛相比,介孔分子筛如MCM-41具有高度有序的孔道结构,孔道呈六方有序排列;孔径呈单一分布,大小均匀(1.5~10nm)、规则排列有序,孔隙率高,且孔径尺寸可以在很宽的范围内调控(1.3~30nm);可以具有不同的结构,孔壁(骨架)组成和性质,介孔可以具有不同的形状;经过优化合成条件或后处理,可具有很好的热稳定性和水热稳定性;无机组分的多样性;高比表面积,介孔的孔隙率发达;颗粒可能具有规则外形,可以具有不同形体外貌(微米级),并且可以控制。表面富含弱酸性硅端羟基等。
有序介孔硅材料MCM-41表面官能团有-SiOH和-Si-O-Si-。
MCM-41的制备
MCM-41主要由水热法合成,一般是在酸/碱性条件下以表面活性剂形成的超分子结构为模板,利用溶胶-凝胶工艺,温度为70~150℃通过有机物和无机物之间的界面定向引导作用组装成孔径为1.5~10nm具有窄孔径分布和规则孔道结构的无机介孔材料。
表面活性剂形成胶束,形成六方相后煅烧除去模板,即可获得材料。
全Si的MCM-41的典型合成:以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,以乙二胺为碱介质,按一定的原料摩尔比(可采用CTAB:TEOS:H2O=0.15:1:120):将一定量的表面活性剂CTAB溶解在去离子水中,用乙二胺调节溶液pH值(10.8左右),室温下充分搅拌后滴加TEOS,剧烈搅拌老化4h后,置于80℃的水浴中1h以除去水解过程中产生的乙醇,将其移至水热反应釜,在100℃下热晶化72h,经过滤、洗涤,在100℃下干燥8h,最后在马弗炉中以1℃/min速度升温至550℃,在550℃下焙烧6h除去表面活性剂,得到纯硅基介孔材料MCM-41。
孔径调节
主要有调节表面活性剂碳链长度、改变合成条件、添加有机扩孔剂、水热合成后处理及使用新型模板剂和混合模板剂等
TEM
Adv. Mater. 2010, 22, 971–97
XRD
https://doi.org/10.1002/1521-4095(200109)13:17<1317::AID-ADMA1317>3.0.CO;2-5
FTIR
Raman
Egyptian Journal of Petroleum (2015) 24, 49–57
NH3-TPD