多孔材料研究进展汇总.

多孔材料研究进展1前沿根据国际纯粹化学与应用化学联合会的规定 1, 由孔径的大小, 把孔分为三类:微孔 (孔径小于 2nm 、介孔(2~50nm 、大孔(孔径大于 50nm ,如图 1所示。

同时,孔具有各种各样的类型(pore type和形状(pore shape ,分别如图 2, 3所示。

在一个真实的多孔材料中, 可能存在着一类, 两类甚至三类孔了。

在这片概述中, 我们把多孔材料 (porous materials 分为微孔材料 (microporous materials、介孔材料 (mesoporous materials、大孔材料 (macroporous materials ,将分别对其经典例子、合成方法,及其应用予以讨论。

Figure 1 pore size Figure 2 Pore typeFigure 3 Pore shape2 多孔材料2.1 微孔材料 (microporous materials典型的微孔材料是以沸石分子筛为代表的。

在这里我们要举金属 -有机框架化合物 MOFs (metal-organic frameworks 的例子来给予介绍。

MOF-52是这类材料中的杰出代表, 是 Yaghi 小组在 1999年最先合成出来的。

以 Zn (NO 3 2·6H 2O 和对苯二甲酸为原料,通过溶剂热法合成了非常稳定(300℃,在空气中加热 24小时,晶体结构和外形保持不变、具有很高孔隙率(0.61-0.54 cm3 cm-3 、密度很小(0.59gcm 3的多孔材料 MOF-5。

如图 4所示分别是 MOF-5的结构单元及其拓扑结构。

在MOF-5中, Zn 4(O(BDC3构成了次级构筑单元 SBU(second building unit, SBU通过苯环形成了无限三位孔道结构,如图 Figure 5 所示。

MOF-5是这一领域研究最多的典型例子之一,其合成方法也多种多样, 2008年时 Yaghi 小组又提出了室温下合成MOF-5的方法 3,如图 Figure 6 所示。

多孔石墨烯材料的研究进展摘要：多孔石墨烯材料同时结合了石墨烯和多孔材料的优点，具有独特的二维结构及优异的理化性质，是一种具备巨大应用潜力的新型纳米碳质材料。

然而单一的石墨烯材料很难充分满足各个领域的应用需求，且石墨烯片层容易堆叠和团聚，制约了其实际应用的发展。

通过掺杂、改性、组装和复合等手段制备石墨烯衍生物及石墨烯纳米复合物等石墨烯基材料可以丰富并优化石墨烯的性质，拓展并提升石墨烯的性能，对于促进石墨烯的实际应用具有重大意义。

作为一种新型石墨烯衍生物，多孔石墨烯以其二维片状结构、超高比表面积、开放的能带间隙、丰富的活性位点等特性吸引了研究者的很大关注。

关键词：石墨烯；杂化；石墨烯衍生物引言如果以化学家的视角将人类和世界写成一本书，碳元素必将会跻身关键词之列：从碳基生命到无机碳素，从史前壁画到太空天梯，从钻木取火到蒸汽革命，再从笔墨纸砚书酒花到柴米油糖酱醋茶，碳的身影无处不在，不可替代。

作为世界上最为普遍和奇妙的元素，碳变化多端的魅力归因于其电子轨道杂化方式的多样性及其特殊的成键能力和成键方式。

碳原子含有四个价电子，往往以sp，sp2和sp3等杂化形式构成具有不同性质的单质或化合物。

以碳单质为例，碳元素存在多种结构、性质迥异的同素异形体。

其中sp杂化形式的卡宾碳异常活泼，不易单独稳定存在；sp3杂化的金刚石稳定、超硬、价高，化学修饰较困难；sp2杂化的石墨、石墨烯化学修饰较易且具有独特的电子共轭体系，此外还存在杂化形式介于sp2杂化和sp3杂化之间的富勒烯及包含多种杂化形式碳原子的无定形碳等等。

碳家族的众多成员极大丰富了碳质材料的性质，为其在各领域的广泛应用奠定了基础[1]。

1石墨烯及石墨烯基材料石墨烯即单层或少层石墨薄片，是sp2杂化碳原子按照蜂窝状六元环结构排列而成的二维平面网络结构。

2004年，曼彻斯特大学的Novoselov和Geim教授研究组利用机械剥离法成功得到独立存在的单原子层石墨烯，两位物理学家因这一开创性的发现在2010年共同获得诺贝尔物理学奖。

多孔碳材料最近研究进展多孔碳材料最近研究进展1、碳源/方法[1]Gao等人利用海苔为生物质原料，在500℃下碳化，之后利用铝酸钠作为活化剂，在500-900℃下反应，最后盐酸和水洗得到了孔径分布集中在1nm和2nm的微孔-介孔碳材料，该材料BET比表面积和孔体积分别为1374.3m2/g和1.150cm3/g。

以酸性大红作为吸附质，对合成介孔碳进行吸附研究，根据朗格缪尔模型，介孔碳对酸性大红的饱和吸附量达1000mg/g。

(Yuan Gao, et al. Chemical Engineering Journal,274(2015)76-83)[2] Akshay Jain等人以洋姜杆作为生物质原料，利用ZnCl2活化法，制备碳材料，在制备过程中加入H2O2，H2O的加入能够使得材料介孔性增强，并通过调节ZnCl2和H2O2的添加比例，得到了孔径集中在20-50nm 的双介孔活性炭，该碳材料对水中罗丹明B的饱和吸附量达714mg/g。

(Akshay Jain, et al. Chemical Engineering Journal,2015,273:622-629)[3]Yang等人利用柠檬酸钙在高温700-1000℃下，分解生成碳酸钙、氧化钙和具有介孔结构的碳材料。

把钙溶解在盐酸中形成可回收的氯化钙溶液，该溶液先与氢氧化钠反应，然后加入柠檬酸形成可回收的柠檬酸钙，从而实现钙模板的回收利用。

该方法在得到性能较好的介孔碳材料时，避免了二氧化硅等模板脱除造成的化学资源浪费和可能带来的严重环境问题，是一种合成介孔碳材料的绿色新方法。

(Yang J, et al. Microporous Mesoprous Mater.,2014,183(1):91-98)[4]Feng等人以壳聚糖溶液为原料、三嵌段两亲共聚物F127 为软模板，采用一步法合成多孔碳材料，考察了复配溶液pH 值及碳化温度等条件对材料孔结构、比表面积等的影响。

多孔材料用于催化剂载体的研究进展多孔材料作为催化剂载体在催化领域中扮演着不可或缺的角色。

它们能够提供较大的比表面积、更好的环境可控性和更高的催化活性，因此备受研究者们的关注。

本文将对多孔材料用于催化剂载体的研究进展进行探讨。

1. 介绍多孔材料的定义和特点多孔材料是指具有一定孔隙结构的材料，其孔隙大小通常在纳米尺度范围内。

与传统催化剂载体相比，多孔材料具有较大的比表面积和更均匀的孔隙分布。

这些孔隙可以提供更多的活性位点，并且能够提高催化反应的质量传递效率。

因此，多孔材料在催化剂的设计和应用上具有广阔的前景。

2. 不同类型的多孔材料及其在催化剂载体中的应用2.1 介孔材料介孔材料具有孔径在2-50 nm之间的孔隙。

常见的介孔材料包括硅胶、氧化铝和硅酸盐等。

这些材料在催化剂载体中的应用广泛，可以用于吸附和催化反应。

例如，将金属催化剂负载在介孔材料上可以提高催化剂的负载量和活性。

2.2 纳米孔材料纳米孔材料具有孔径小于2 nm的孔隙。

常见的纳米孔材料包括纳米碳管和金属有机骨架材料等。

这些材料通常具有良好的化学稳定性和可调控的孔隙结构，可用于催化剂的精确调控和纳米级催化反应。

例如，纳米碳管可以作为载体载入催化剂，并通过调控孔隙结构来提高催化反应的选择性。

2.3 多孔金属材料多孔金属材料是指具有金属骨架结构和孔隙的材料。

常见的多孔金属材料包括金属有机骨架材料和金属氧化物等。

这些材料具有高的导电性和较好的机械性能，可用于催化剂在电化学催化和催化剂材料的制备中。

3. 多孔材料在不同催化反应中的应用3.1 催化剂负载催化剂负载是指将催化剂负载到多孔材料上，以提高催化活性和稳定性。

多孔材料具有较大的比表面积和更好的孔隙结构，可以提供更多的可活化位点和增加反应物的吸附量，从而提高催化剂的催化效果。

3.2 反应物分子筛选多孔材料的孔隙结构可用于筛选不同大小和形状的分子。

通过调节多孔材料的孔隙大小和结构，可以选择性地吸附和催化不同大小的反应物分子，从而实现对催化反应的精确控制。

目前合成多孔炭材料的研究进展这篇文章对过去十年有关多孔炭的合成进展进行了总结。

采用不同路线，多孔炭可以具有不同的孔尺寸和孔结构。

通过活性过程已经合成了微孔活性炭。

有序微孔炭材料多孔炭主要用于气体分离、水纯化、催化剂载体、电化学双极板电容器电极材料、燃料电池。

多孔炭分为：＜2nm微孔，2nm＜介孔＜50nm，宏孔＞50nm。

传统制备多孔炭的方法有：1）化学活化、物理活化、化学物理活化；2）使用金属盐或有机金属化合物催化活化炭前驱体；含碳聚合物和可裂解聚合物的碳化；3）在超临界干燥条件下合成的聚合物气凝胶的碳化。

尽管采用上述方法合成了多种多孔炭，但多孔炭的均匀性还需要进一步改进。

过去十年，很多硬的、可设计的无机模板用来合成具有均匀孔尺寸的炭材料。

Knox和他的合作者首创了采用模板合成多孔炭的先河，从此以后，采用无机模板合成了具有微孔、介孔和宏孔的孔结构均匀的多孔炭。

模板合成多孔炭一般包括：1）制备炭前驱体/无机模板复合材料，2）碳化，3）移去无机模板。

目前已经不同无机材料作为模板材料，包括SiO2纳米颗粒，沸石类，多孔氧化铝膜，介孔二氧化硅。

大致的说，模板法一般分为两类。

首先，无机模板，如氧化硅纳米颗粒嵌入到炭前驱体内。

随后碳化，移去无机模板，产生独立的孔结构。

另一种是，炭先驱体引入模板孔内，碳化，移去模板，产生联通孔结构。

本文主要研究模板法合成多孔炭。

2.微孔炭2.1 无序微孔炭（分子筛炭）（MSCs）以煤或有机化合物为原料加工制成的孔径为分子级的多孔含碳物质。

分子筛炭是一类特殊的活性炭，其拥有几埃直径的均匀孔结构，已广泛用于分离气体分子，形状选择催化剂、电化学双极板电容器电极材料。

由于其疏水性和抗腐蚀性，MSCs可用于无机分子筛分。

MSCs最有代表性的制备方法是适当炭前驱体的裂解。

Miura et al.采用煤和有机添加剂裂解制备了MSCs。

添加有机添加剂可获得不同于只有煤存在的孔结构。

改变试验条件，可以改变孔尺寸。

多孔材料的研究进展多孔材料是指具有一定孔隙结构的材料，其中孔隙具有不同的大小和形状。

这些材料非常重要，因为它们在许多行业中都有广泛的应用，例如吸附、催化、分离、传感、生物医学和能源。

本文将介绍多孔材料的研究进展。

一、多孔材料分类存在许多分类多孔材料的方法，其中最常见的方法是按照它们产生的方式划分。

1. 石墨烯氧化物石墨烯氧化物（GO）是一种具有丰富氧含量的碳材料，除了非常窄的孔隙，GO还具有大量的表面官能团。

由于其优异的化学特性和表面性质，GO被广泛用于生物医学、传感、吸附、分离等领域。

2. 金属有机骨架金属有机骨架（MOF）是一类由金属离子和有机配体组成的晶体材料，它具有非常高的比表面积、可调控的孔隙大小和形状以及独特的化学和物理性质。

MOF被广泛应用于吸附、催化、分离、传感、电子和能源等领域。

3. 介孔材料介孔材料是具有孔径大于2纳米低于50纳米的材料，具有与微米尺度结构类似的高表面积和离散的微孔结构，这使得它们在许多领域能够发挥重要的作用，例如生物医学、吸附、分离、传感和能源。

二、多孔材料在吸附中的应用多孔材料在吸附方面的应用因其高表面积和可调控的孔隙结构而备受关注。

吸附是将气体或液体分子吸附到材料表面的过程。

制备多孔吸附剂的目标是获得高吸附容量和选择性。

1. 分子筛分子筛是一种介孔材料，具有网络结构和各种孔隙尺寸，可用于高效分离和处理气体、水和液态混合物。

分子筛通常是由硅酸盐或铝酸盐等无机化学物质制成的，其孔径可以控制在2-50纳米之间。

2. 金属有机骨架MOF在气体吸附和分离方面具有潜在的应用。

这些材料通过晶格控制孔径和孔隙配位，从而使其性能具有高度的可调性。

MOF 在指示剂、传感、药物分离等领域也有应用。

三、多孔材料在催化中的应用催化是指利用催化剂促进反应速度的过程。

多孔材料的高比表面积和可控孔隙结构使其具有出色的催化效果。

多孔材料在催化反应方面的应用非常广泛，例如催化剂载体和催化剂本身。

多孔材料的研究进展多孔材料是一类具有许多孔隙结构的材料，其孔隙大小、形状和分布可以通过制备方法进行调控。

由于其独特的结构和性能，多孔材料在许多领域中具有广泛的应用前景，如能源存储、环境治理、催化剂、吸附剂等。

在过去的几十年中，多孔材料的研究取得了令人瞩目的进展。

首先是多孔材料的制备方法的改进。

传统的多孔材料制备方法包括模板法、溶胶-凝胶法、气溶胶法等，但这些方法有一定的局限性，如制备过程复杂、成本高等。

近年来，一些新的制备方法被提出，为多孔材料的制备提供了新的思路。

例如，近几年催化剂领域使用的溶胶凝胶法、杂化材料的研究中使用的水热法等。

这些新的制备方法能够快速、简单地制备出多孔材料，并且可以控制其孔结构的大小和形状。

其次是多孔材料的结构优化。

传统的多孔材料具有均匀的球状孔结构，其比表面积和孔容量有限。

为了提高多孔材料的性能，研究人员开始关注非球状孔结构的多孔材料。

例如，研究人员通过调控制备条件和添加特定的添加剂，制备出了片状、纤维状等非球状孔结构的多孔材料。

这些非球状孔结构的多孔材料具有更高的比表面积和更大的孔容量，有望在能源存储和吸附分离等领域发挥更好的性能。

第三是多孔材料的功能化。

为了进一步提高多孔材料的性能，研究人员开始将其功能化。

例如，改性多孔材料可以通过在孔结构中引入各种功能性基团或添加剂来赋予其特定的性能，如可控释放、光催化等。

此外，研究人员还利用多孔材料的优异吸附性能，将其应用于污水处理和废气处理等环境治理领域。

通过对多孔材料进行功能化，可以进一步扩展其应用范围，并提高其在各个领域的性能。

最后是多孔材料的应用拓展。

多孔材料在能源存储和催化剂领域具有广泛的应用前景。

例如，多孔材料可以用作锂离子电池、超级电容器和燃料电池等能源存储器件的电极材料，其高比表面积和孔结构可以提高能量密度和电荷传输速度。

此外，多孔材料在催化剂领域也具有广泛的应用前景，可以用于催化剂载体、催化剂支撑材料等方面。

多孔结构材料的制备与性能研究近年来，多孔结构材料成为了材料研究的热点之一，其在能源、环境、生物等方面的应用中具有广泛的潜力。

本文将从制备和性能两方面探讨多孔结构材料的研究现状与展望。

制备技术多孔结构材料的制备方法多样，如高分子发泡、化学发泡、凝胶法、溶胀法、电化学方法等，其中化学发泡和凝胶法应用较为广泛。

化学发泡法是通过化学反应产生气体，使体系发生膨胀，形成孔洞。

该方法具有成本低、适用范围广等优点。

凝胶法则是将溶液中的凝胶体系速冻并置于真空中静置脱水干燥，最终得到具有孔洞的凝胶。

该方法制备出的多孔材料较为均匀，但成本较高。

近年来，人们通过改进制备方法，如模板法、结晶辅助法等，并结合物理、化学、生物、医学等多领域知识，使各种多孔结构材料的制备方法更加丰富多样，制备的多孔材料微观结构和宏观形貌得到了良好的控制，其性能也随之得到了提高。

性能研究多孔结构材料的性能主要包括物理、化学、机械、传热传质等方面，下面进行一一阐述。

1.物理性质多孔结构材料中孔隙率对其物理性质具有重要影响。

研究表明，孔隙率变化对材料密度、强度、模量等物理性质有明显的影响。

在人造多孔材料中，随着孔洞大小的增加，其吸声性能也将有所提升。

除此之外，多孔材料表面的表征也十分重要，如表面积、孔径分布、孔隙网络等，这些因素对材料性能、反应和吸附行为、晶体生长等具有直接的影响。

2.化学性质多孔结构材料的表面化学性质决定了其在吸附、分离、催化等应用方面的性能。

分子在材料孔洞表面的吸附和空间位阻对其响应速率、选择性、批处理效率及使用寿命等也有重要影响。

这些性质的调控可以通过控制材料的表面化学状态或选择材料表面的化学改性剂实现。

3.机械性能力学性能是材料功能实现的基础。

多孔材料的结构变形特性与孔隙分布、孔洞大小、壁厚度和形状有很大关系。

多孔材料随着孔径增大，段断强度将随之减小。

此外，弹性模量与孔隙率成反比例关系，强度与孔隙率成线性关系。

4.传热传质性能多孔结构材料的传热特性对其在热障、储热、分子筛等领域的应用具有重要意义。