纳米催化剂ppt课件.ppt
在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）纳米晶的特异性（纳米晶的特异性（Unique Characters of Nanocrystals）纳米晶的物理化学性质与大块晶体的物理化学性质有明显的差纳米晶的物理化学性质与大块晶体的物理化学性质有明显的差别，主要表现在以下几个方面：别，主要表现在以下几个方面：【Catal.Rev.Sci.Eng.9(1974)209】1.有不同类型的表面晶面，晶格参数也稍小有不同类型的表面晶面，晶格参数也稍小（对1 nm的微粒来说约小3）。2.熔点比大晶体的低。熔点比大晶体的低。如由55个原子组成的1 nm的微粒，其熔点为大块金属的熔点的一半。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）3.功函、内聚能密度和居里温度（铁磁质转变为顺磁质的温度）功函、内聚能密度和居里温度（铁磁质转变为顺磁质的温度）等都会与大块金属的不同。等都会与大块金属的不同。4.当金属与载体的相互作用很强时，金属可能以层状或当金属与载体的相互作用很强时，金属可能以层状或“簇簇”状铺展在载体上而不是紧密的三维堆积形式。状铺展在载体上而不是紧密的三维堆积形式。5.对于分散度趋近对于分散度趋近1的很小粒子，所有原子几乎都在表面上，的很小粒子，所有原子几乎都在表面上，则表面组成接近体相组成。则表面组成接近体相组成。6.当晶粒很小时，越来越多的原子位于晶粒的边上和角上。当晶粒很小时，越来越多的原子位于晶粒的边上和角上。纳米晶的特异性（纳米晶的特异性（Unique Characters of Nanocrystals）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）影响纳米催化剂性质的因素：影响纳米催化剂性质的因素：晶粒大小、形貌、表面结构以及体相和表面组成等（这些因素又取决于催化剂的制备方法制备方法和途径和途径）。纳米催化剂的合成技术是催化科学领域的研究热点之一纳米催化剂的合成技术是催化科学领域的研究热点之一研究工作主要集中在：研究工作主要集中在：（1）追求尺寸、形貌和组成可控的制备方法；）追求尺寸、形貌和组成可控的制备方法；（2）探索普遍适合的原理和方法；）探索普遍适合的原理和方法；（3）纳米材料的组装，发展新型纳米催化材料。）纳米材料的组装，发展新型纳米催化材料。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）纳米材料的分类纳米材料的分类（Category of Nanomaterials）纳米材料：纳米材料：是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米尺度(0-100nm)范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料分类：纳米材料分类：（1）零维零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒、原子团簇、纳米尺寸的孔洞等；（2）一维一维，指在三维空间中有两维在纳米尺度，如纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管、纳米纤维等；（3）二维二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）纳米催化剂的制备方法纳米催化剂的制备方法（Fabrication Methods of Nanocatalysts）1.固相合成法（固相合成法（Solid-Phase Fabrication）2.液相合成法（液相合成法（Liquid-Phase Fabrication）3.气相合成法气相合成法（Gas-Phase Fabrication）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）固相合成法（固相合成法（Solid-State Fabrication Method）固相热分解法、高温固相反应法、室温固相反应法（球磨法固相热分解法、高温固相反应法、室温固相反应法（球磨法Sn）传统的固相反应法：传统的固相反应法：将前躯体研磨均匀后在高温下进行焙烧 由于反应温度高，产物的粒径、形貌和组 成都难以控制，且能耗较大。固相热分解法：固相热分解法：常用于碳酸盐、草酸盐、有机酸盐和金属氢氧 化物等热分解制备金属氧化物纳米材料 该工艺操作简单，但产物易团聚，且原料在分 解过程中易产生有毒气体，对环境造成污染。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）固相合成法（固相合成法（Solid-State Fabrication Method）无机熔融盐合成法：无机熔融盐合成法：熔融的无机化合物（即熔融盐）在熔化时 解离为离子，正、负离子靠库伦力相互作 用。具有很高的热容和热传导以及高的热稳定性和质量传递速度，可作为高温下的反应介质。与单一的盐相比，复合盐的熔点更低些。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）部分共晶熔融盐的组成和熔点在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）例如：王中林（Z.L.Wang）等人以摩尔比为49/51的KOH和NaOH混合物作为熔融盐（熔点为165，NaOH和KOH的熔点分别为323 和360），以BaCl2、MnO2和TiO2为前驱体，在密封的以特氟龙为内衬的高压反应釜（Teflon-lined autoclave）中于170200 恒温24120 h后，制得BaMnO3和BaMn0.5Ti0.5O3纳米棒/纳米线。【J.Phys.Chem.B 110(2006)14050】在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）Fig.4.不同条件下所合成的BaMnO3的TEM照片在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）Fig.5.BaTi0.5Mn0.5O3的(a,c)TEM照片,(b)EDX谱图,(d)SAED图案,以及(e)HRTEM照片在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）气相合成法（气相合成法（Gas-Phase Synthesis Method）气气相相合合成成法法：直接利用气体或通过某种手段将物质转变为气体，使之在气态条件下发生物理变化或者化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。包括溅射法、气体蒸发法、化学气相沉积法、化学气相凝聚法采用气相法制得的纳米颗粒纯度高、分散性好、粒径小且粒径分布窄。例如：通过在高温区域蒸发氧化物粉末，在低温区冷却可制得一系列的金属氧化物的一维纳米材料，包括ZnO、In2O3、SnO2和CdO等纳米线或纳米带。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）液相法液相法是合成纳米催化剂的常用方法主要包括:沉淀法沉淀法 溶胶溶胶 凝胶法凝胶法 水（或溶剂）热合成法水（或溶剂）热合成法 微乳液法微乳液法 化学还原法化学还原法液相合成法（液相合成法（Liquid-Phase Synthesis Method）【Chem.Rev.104(2004)3893】在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）沉淀法（沉淀法（Precipitation Method）沉淀法被广泛地用来合成单一或复合氧化物纳米材料沉淀法沉淀法:直接沉淀法 均匀沉淀法 共沉淀法 水解沉淀法 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）直接沉淀法:不容易控制粒径大小 为避免这一点，人们在溶液中加入某种化学试剂，该试剂不与金属离子直接反应生成沉淀，而是通过化学反应使沉淀剂在溶液中缓慢生成，金属离子与缓慢生成的沉淀剂反应生成目标产物，或者沉淀物再经适当处理而制得目标产物。因此，只要控制好沉淀剂的生成速率，便可将过饱和度控制在适当的范围内，避免浓度不均匀现象，从而控制粒子的生长速率，得到粒度均匀的纳米材料。沉淀法（沉淀法（Precipitation Method）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）例如：在制备纳米NiO空球等的过程中通过控制尿素水解生成沉淀剂NH4OH的速率即可控制粒子的生长速率。具体过程：以纳米碳球为硬模板，以尿素作为产生沉淀剂NH4OH的原料，以金属硝酸盐或氯化物为前驱体，在水和乙醇的混合溶剂中于60 持续搅拌48 h，离心分离并在500 焙烧3 h后可得一系列粒径均匀的纳米NiO、ZnO、CuO、Fe2O3和Ga2O3空球。沉淀法（沉淀法（Precipitation Method）【Nanotechnology 18(2007)355602】在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）Fig.6.NiO样品的(a,b)SEM和(c-e)TEM照片在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）Fig.7.(a)纳米碳球和(b-d)NiO样品的(a-c)SEM和(d)TEM照片在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）共共沉沉淀淀法法：在不同的金属盐混合溶液中加入适当沉淀剂，得到的沉淀物前驱体经过滤、洗涤后，再将此前驱体焙烧即获得目标产物。沉淀剂主要有Na2CO3、NaOH、(NH4)2CO3、NH3H2O和CO(NH2)2及其混合液等。该方法是制备复合金属氧化物的常用方法之一。与高温固相反应法相比，此方法能降低材料物相的生成温度。例如：将金属硝酸盐与Na2CO3NaOH混合物反应后生成的沉淀经800 焙烧处理后，可制得单相La1xAxMnO3（A=Sr,Ba,Ca）纳米粒子。沉淀法（沉淀法（Precipitation Method）【Chem.Eng.J.89(2002)213】在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）Fig.11.(a-c)La0.8Ba0.2MnO3和(d-f)LaMnO3样品的TEM照片(a)(b)(c)(a)(b)(c)(a)(b)(f)(d)(e)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）水解沉淀法：醇盐水解法、微波水解法等。例如：利用醇盐水解法在溶剂热反应体系中可获得高度结晶且呈近似单分散的TiO2纳米粒子和纳米棒及其它金属离子（Sn4+、Fe3+、Co2+、Ni2+）掺杂的物质。沉淀法（沉淀法（Precipitation Method）【Chem.Eur.J.12(2006)2383】CH3ONa,C2H5ONa在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）在在沉沉淀淀法法中中，溶溶液液pH值值、反反应应物物浓浓度度和和反反应应温温度度等等对对产产物物粒粒径径和和形形貌貌有有较较大大影影响响，关关键键是是控控制制晶晶核核的的生生长长速速率率，并并抑抑制制颗颗粒粒在在成成核核、生生长长、沉沉淀淀和和干干燥燥或或焙焙烧过程中的团聚。烧过程中的团聚。沉淀法（沉淀法（Precipitation Method）总结：总结：在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）溶胶溶胶 凝胶法：凝胶法：最为常用的制备复合氧化物的方法之一分为三个步骤：三个步骤：溶胶的制备、溶胶向凝胶转化、凝胶干燥原理：原理：先形成溶胶，无机金属盐或有机金属化合物（如醇盐 等）在形成溶胶时受水解和形成胶状悬浮液聚合反应 的影响，溶胶可通过多种方式转变为陶瓷态或玻璃态 的凝胶，它再在一定温度下焙烧得到目标产物。优优点点：能够控制固体的晶体结构、纹理组织和均匀性，达到“剪裁”物质的效果 溶胶溶胶-凝胶法（凝胶法（Sol-Gel Method）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）常常用用胶胶凝凝剂剂：柠檬酸、乙二醇、乙醇、聚乙二醇、聚乙烯醇、丙烯酸、淀粉衍生物、硬脂酸等。柠柠檬檬酸酸络络合合法法：以柠檬酸为配体的溶胶凝胶法是最早用于制备纳米催化剂的方法之一。由于在成胶过程中金属离子与柠檬酸络合，提高了金属离子的分散程度，有效地降低了反应温度。溶胶溶胶-凝胶法（凝胶法（Sol-Gel Method）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）非非水水溶溶胶胶 凝凝胶胶法法：在水溶液体系中，形成MOM（M代表金属）所需的氧由水分子提供；而在非水溶胶凝胶法中，形成MOM所需的氧则只能由有机溶剂（醚、乙醇、酮或醛等）或原料的有机构成（醇盐或乙酰丙酮化物等）提供。形成形成MOM的途径：的途径：（1）在释放卤代烃RX或HX（X代表卤离子）的过程中，金属卤化物与金属醇盐（由金属卤化物与乙醇反应生成）发生缩合；（2）在除去有机醚的过程中，两金属醇盐发生凝聚或金属羧酸盐与金属醇盐发生缩合；（3）在以酮为溶剂的体系中，氧的释放通常涉及到羟醛缩合反应，即在脱水的过程中，两个羰基化合物互相反应，其中水分子为金属氧化物的形成提供氧原子。溶胶溶胶-凝胶法（凝胶法（Sol-Gel Method）【Acct.Chem.Res.40(2007)793;Angew.Chem.Int.Ed.47(2008)5292】在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）溶胶溶胶-凝胶法（凝胶法（Sol-Gel Method）非水反应体系中的有机组成不仅供给氧原子以形成MOM，而且对产物的粒径、形状、表面和聚集性质，甚至是组成和晶相结构都有较大影响。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）水水(或溶剂或溶剂)热合成法热合成法(Hydro-or Solvothermal Synthesis Method)水水（或或溶溶剂剂）热热合合成成法法：在密闭反应器（如高压反应釜）中，采用水或有机溶剂作为反应介质，通过加热，在反应体系中产生高温（1001000）、高压（10100 MPa）环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解或反应，生成该物质的溶解或反应产物，并在达到一定的过饱和度后进行结晶和生长，从而获得新材料的一种制备方法。在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）与传统的固相合成法相比：与传统的固相合成法相比：水（或溶剂）热合成法有利于降低 反应温度与沉淀法和溶胶与沉淀法和溶胶 凝胶法相比：凝胶法相比：采用水（或溶剂）热合成法所得 产物的结晶度较高 通过调控反应条件（如前驱体种类、浓度及配比，反应温度和时间，前驱体溶液酸碱度等），可以制得许多结晶度好、形貌规整的纳米材料。水水(或溶剂或溶剂)热合成法热合成法(Hydro-or Solvothermal Synthesis Method)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）例如，文献以Li3N和GaCl3为原料，以苯为溶剂，经280 恒温处理后，制备得到粒径为30 nm的GaN纳米颗粒。水水(或溶剂或溶剂)热合成法热合成法(Hydro-or Solvothermal Synthesis Method)【Science 272(1996)1926】在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）Fig.20.GaN纳米晶的(A)TEM照片和(B,C)HRTEM照片在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确纳米催化剂（纳米催化剂（Nanocatalysts）微乳液法（微乳液法（Microemulsion Synthesis Method）微微乳乳液液法法：将两种互不相溶的溶剂混合，在表面活性剂的作用下形成均匀的微乳液，剂量小的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成微泡，表面活性剂分子形成具有一定形状的胶束附在微泡的表面可稳定微泡，化学反应在微泡内部或者表层进行，然后成核、生长、聚结，最终通过洗涤除去表面活性剂等有机分子获得纳米材料。溶剂的剂量比和表面活性剂的用量决定了微泡的大小、形状和数量，从而决定所得纳米材料的粒径和形貌。常选用W/O型（油包水型）微乳液体系来制备纳米粒子。沸石分子筛（沸石分子筛（Zeolitic Molecular Sieves)Definition:Zeolites are inorganic crystals that possess properties such as reversible adsorption-desorption,sieving different size molecules,ion exchanges,and surface acidity/basicity.定定 义：义：沸石分子筛是一类具有可逆吸附沸石分子筛是一类具有可逆吸附-脱附、筛分不同大小分子、离子交脱附、筛分不同大小分子、离子交 换和表面酸碱性的无机晶体。换和表面酸碱性的无机晶体。Zeolitic Molecular Sievesl通式（通式（General Formula）:Mx/n(AlO2)x(SiO2)y mH2O x,y:Al和和Si的原子数，的原子数，n:金属金属(M)离子价数，离子价数，m:水分子数。水分子数。l沸沸石石具具有有缩缩合合硅硅铝铝酸酸盐盐(Condensed aluminosilicate)结结构构，SiO4四四面面体体(Tetrahedron)与与 AlO4四四 面面 体体 以以 共共 有有 氧氧 原原 子子 形形 成成 三三 维维 网网 状状(Three-dimensional network)结结晶晶。因因此此，沸沸石石晶晶格格骨骨架架(Lattice skeleton)是是由硅铝酸部分所组成。由硅铝酸部分所组成。第第一一结结构构层层次次：最最基基本本的的结结构构单单元元硅硅氧氧四四面面体体（SiO4）和和铝铝氧氧四四面面体体（AlO4），它们构成分子筛的骨架。），它们构成分子筛的骨架。第第二二结结构构层层次次：相相邻邻的的四四面面体体由由氧氧桥桥连连结结成成的的环环。按按成成环环的的氧氧原原子子数数划划分分为为：四四元元氧氧环环，五五元元氧氧环环，六六元元氧氧环环，八八元元氧氧环环，十十元元氧氧环环，十十二二元元氧氧环环，第第三三结结构构层层次次：氧氧环环通通过过氧氧桥桥相相互互联联结结所所形形成成的的具具有有三三维维空空间间的的各各种种各各样样的多面体（笼状多面体），如的多面体（笼状多面体），如 笼，笼，笼，笼，笼等。笼等。分子筛的结构层次：分子筛的结构层次：Zeolitic Molecular Sieves-组成（组成（Compositions）分子筛的结构层次的演化：分子筛的结构层次的演化：SiO4、AlO4 第一结构层次第一结构层次多种氧环多种氧环 第二结构层次第二结构层次多面体和笼多面体和笼 第三结构层次第三结构层次 笼笼 笼笼A型分子筛型分子筛X、Y型分子筛型分子筛方钠石型分子筛方钠石型分子筛Zeolitic Molecular Sieves-组成（组成（Compositions）（1）具有中空的、高度规则性的笼状多面体具有中空的、高度规则性的笼状多面体(Cage-shaped polyhedron)的结构群的结构群(Structure group);（2）笼状多面体之间笼状多面体之间,有尺寸均一的孔道有尺寸均一的孔道(Pore channel)相通相通,形成四通形成四通 八达的微晶体八达的微晶体(Microcrystal);（3）笼的入口孔径笼的入口孔径(窗口窗口)，由氧原子的，由氧原子的412元环所组成，它的大小限制元环所组成，它的大小限制 了吸附在沸石内部表面的分子尺寸了吸附在沸石内部表面的分子尺寸(molecule size)和几何构型和几何构型 (Configuration)，从而具有筛分分子，从而具有筛分分子(Sieving molecules)的作用。的作用。沸石分子筛的特征沸石分子筛的特征Zeolitic Molecular Sieves-组成（组成（Compositions）常用的几种沸石分子筛常用的几种沸石分子筛(Several Common Zeolitic Molecular Sieves)l国际沸石协会：国际沸石协会：International Zeolite Association(IZA)l国际矿物协会：国际矿物协会：International Mineral Association(IMA)1.Natural Zeolites(天然沸石天然沸石)最近公布了最近公布了108种沸石种沸石按科学家姓名命名按科学家姓名命名Zeolitic Molecular Sieves-命名（命名（Nomenclature）按产地、形态和组成命名按产地、形态和组成命名1.Natural Zeolites(天然沸石天然沸石)Zeolitic Molecular Sieves-命名（命名（Nomenclature）l初级结构单元初级结构单元(PBU:primary building unit):TO4 T=Si,Al,P,B,Ga,Ti,常见的有常见的有硅铝体系沸石硅铝体系沸石和和磷铝体系沸石磷铝体系沸石两种。两种。l次级结构单元次级结构单元(SBU:secondary building unit):TO4 四面体经由氧桥相互联结形成三元环四面体经由氧桥相互联结形成三元环(three-ring)、四元环、五元环、六元环等等。、四元环、五元环、六元环等等。沸石中环的元数最多的为沸石中环的元数最多的为20元环元环 沸石骨架中最稳定的环为沸石骨架中最稳定的环为六元环六元环Zeolitic Molecular Sieves-结构（结构（Structure）46854466886241416 152514=144=153Spiro5构成沸石常见次级结构单元构成沸石常见次级结构单元Zeolitic Molecular Sieves-结构（结构（Structure）各种笼状各种笼状(Cage-shaped)结构结构(中空笼状多面体中空笼状多面体)8个个六六元元环环和和6个个四四元元环环围围成成的的14面面体体,形形状状如如正正八八面面体体截截去去六六个个顶顶角角,故故又又称称截截角角八八面面体体,它它是是构构成成A型型、X型型、Y型型分分子子筛筛的的结结构构基基体体，称称为为 笼笼。直直径径6.6，体体积积160 3。笼笼 笼笼 笼笼六角六角笼笼八角八角笼笼立方立方笼笼八面沸石八面沸石笼笼Zeolitic Molecular Sieves-结构（结构（Structure）沸沸石石的的主主要要性性能能是是由由其其结结构构所所决决定定的的，酸酸碱碱性性和和离离子子交交换换性性取取决决于于沸沸石石的的组组成成，而而择择形形性性则则直直接接与与沸沸石石的的结构有关。结构有关。1.沸石的酸碱性沸石的酸碱性(Acidity/Basicity)Brnsted 酸酸(质子酸质子酸)与与表表面面氧氧桥桥上上相相联联的的H+(SiO3-O-AlO3)以以及及基基团团Al-OH、P-OH 等等上面的上面的H+Lewis 酸酸沸沸 石石 骨骨 架架 中中 的的 Al、AlO+位位以以及及骨骨架架外外的的铝铝的的氧化物氧化物 沸石的碱性来自于以上所述酸的共轭碱沸石的碱性来自于以上所述酸的共轭碱Zeolitic Molecular Sieves-性能（性能（Properties）沸沸石石的的离离子子交交换换性性是是沸沸石石的的重重要要性性能能之之一一，是是实实现现沸沸石石酸酸性性的的重重要要手手段段，也也是是制制备备某某些些沸沸石石基新材料的重要根据。基新材料的重要根据。2.沸石的离子交换性沸石的离子交换性(Ion Exchangeable Properties)由于骨架电荷的不平衡由于骨架电荷的不平衡,使得沸石具有离子交换性。使得沸石具有离子交换性。例如：例如：在在硅硅铝铝体体系系的的沸沸石石中中，骨骨架架中中的的铝铝氧氧四四面面体体的的负负电电荷荷一一般般被被碱碱金金属属、碱碱土土金金属属离离子子和和（或或）有有机机离离子子所所中中和和，这这些些阳阳离离子可被其它阳离子子可被其它阳离子可逆地交换可逆地交换下来。下来。Zeolitic Molecular Sieves-性能（性能（Properties）3.沸石的择形性沸石的择形性(Shape-Selectivity)择形性是指沸石的筛分性能，是由沸石本身的规择形性是指沸石的筛分性能，是由沸石本身的规 整骨架结构决定的。整骨架结构决定的。它是择形催化、气体吸附和分离等化工过程的重它是择形催化、气体吸附和分离等化工过程的重要根据。要根据。在在制制备备沸沸石石基基新新材材料料方方面面，择择形形性性可可起起到到对对被被嵌嵌入入物物质质的的约约束束作作用用，从从而而得得到到一一定定结结构构和和特特定定尺尺寸的化合物。寸的化合物。Zeolitic Molecular Sieves-性能（性能（Properties）1976年年IUPACZeolitic Molecular Sieves-介孔沸石介孔沸石 （Mesoporous Zeolites）多孔沸石的分类多孔沸石的分类MCM-41的合成的合成:a Na2O+b Al2O3+c SiO2+d C18H37(CH3)3NCl+e H2O其中摩尔比其中摩尔比:a/e=0.004 0.02 a/c=0.1 0.3c/b=28 c/d=6.9 9.3严格控制原料纯度、反应物的摩尔配比、严格控制原料纯度、反应物的摩尔配比、晶化温度和晶化时间。晶化温度和晶化时间。Zeolitic Molecular Sieves-介孔沸石介孔沸石 （Mesoporous Zeolites）MCM-41的形成机理的形成机理:胶导向理论胶导向理论-液晶导向机理液晶导向机理(LCTM)导导向向剂剂(表表面面活活性性剂剂)在在反反应应混混合合物物中中形形成成胶胶束束，胶胶束束聚聚合合为为胶胶棒棒，胶胶棒棒在在 c 轴轴方方向向按按六六边边形形堆堆积积，带带负负电电的的二二级级结结构构单单元元由由于于静静电电作作用用围围绕绕在在这这些些胶胶棒棒周周围围(A)；或或者者，硅硅铝铝酸酸盐盐结结构构单单元元直直接接围围绕绕在在每每个个胶胶棒棒的的周周围围，然然后后胶胶棒棒再再堆堆积积成成六六棱棱柱柱形形(B)。移除表面活性剂后，即可得到移除表面活性剂后，即可得到一维筒状结构一维筒状结构的的 MCM-41。Zeolitic Molecular Sieves-介孔沸石介孔沸石 （Mesoporous Zeolites）介孔分子筛介孔分子筛：择形催化，如裂化、异构化、重整、甲醇合成择形催化，如裂化、异构化、重整、甲醇合成 汽油、甲醇制乙烯、芳烃择形烷基化等反应汽油、甲醇制乙烯、芳烃择形烷基化等反应金属金属-介孔分子筛介孔分子筛：将将金属（特别是过渡金属）离子引入金属（特别是过渡金属）离子引入介孔介孔 分子筛的骨架后，可应用于催化氧分子筛的骨架后，可应用于催化氧化化-还还 原反应。原反应。介孔分子筛介孔分子筛：作合成纳米多孔材料的模板剂，如纳米管、作合成纳米多孔材料的模板剂，如纳米管、纳米线、纳米棒、纳米纤维等纳米线、纳米棒、纳米纤维等Zeolitic Molecular Sieves-介孔分子筛介孔分子筛 的应用的应用 (Applications of Mesoporous Zeolites)
