SBA-15是属于介孔分子筛的一种,以下是对其的详细介绍:
SBA-15典型的合成过程是在35~40℃的条件下,将三嵌段表面活性剂P123溶于适量去离子水,向其中加入正硅酸乙酯(TEOS)、盐酸(HCl),持续剧烈地搅拌24小时以上,装入聚四氟乙烯瓶内晶化24小时以上,过滤、洗涤并干燥,最后在550℃煅烧5小时以上除去模板剂或者用溶剂回流洗去模板剂,然后过滤、洗涤并干燥,得到的白色粉末即为SBA-15。实验所用各原料的摩尔比约为1TEOS:0.017P123:5.88HCl:136H2O。
孔道结构:SBA-15具有二维六方通孔结构,具有P6mm空间群。其孔壁较厚(约6nm),因此水热稳定性高于其他介孔分子筛。
XRD衍射图谱:在XRD衍射图谱中,主峰在约1°附近,为(10)晶面峰。次强峰依次为(11)峰以及(20)峰,其他峰较弱,不易观察到。此外,SBA-15骨架上的二氧化硅一般为无定形态,在广角XRD衍射中观察不到明显衍射峰。
SBA-15的合成符合中性模板机理(S0I):用中性表面活性剂P123(S0)和中性无机硅物种(I0)通过氢键键合,不存在强的静电作用,并随硅烷醇的进一步水解、缩合导致短程六边形胶粒的堆积和骨架的形成。SBA-15的合成条件温和,表面活性剂易除去,且不易引起结构坍塌;中性表面活性剂与中性无机前驱体间的排斥力比离子表面活性剂与带电荷的无机前驱体间的排斥力小得多,能够形成较厚的孔壁,进而提高了分子筛骨架结构的热及水热稳定性。
影响介孔分子筛SBA-15结构的因素主要有以下几个方面:
模板剂:有机共聚物作模板剂可以通过改变其本身的化学结构、链长、官能团,达到调节产物尺寸、机械性能和热性能的目的。
共溶剂:通过控制所加共溶剂的量、极性大小等也可以改变SBA-15的形貌。例如,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为共溶剂可得到高度有序、大孔径、“面包圈”状的介孔分子筛SBA-15;以四氢呋喃为共溶剂可以合成“鸡蛋肠”状的SBA-15。
硅源:通过选择硅源、添加助剂来控制SBA-15形貌。例如,选择用正硅酸已脂为硅源得到的是“麦穗状”SBA-15;选择用正硅酸甲脂为硅源得到的是“腰果状”SBA-15;加入电解质,如K2SO4,将得到圆片状SBA-15。
合成条件:温度和硅源与模板剂的比率也会影响SBA-15的合成。温度高于100℃时不能合成介孔分子筛SBA-15;增大硅源与模板剂的比是增加孔容的有效方法。
SBA-15存在酸性较弱、催化活性不高等内在的缺点,这大大限制了它的实际应用范围。为实现SBA-15的潜在应用价值,需要依靠化学改性来提高它的水热稳定性和催化活性。化学改性包括对材料骨架的修饰以及对孔道表面的功能化。材料的表面化学性质研究可知,介孔氧化硅材料表面的硅醇键具有一定的化学反应活性,这是表面化学改性的基础。
SBA-15在催化、分离、生物及纳米材料等领域有广泛的应用前景,具体如下:
催化领域:SBA-15大的孔径有利于反应物在孔道内的运输,有利于反应的进一步进行。可用于氧化还原、酸碱、聚合反应、光催化反应、酯化反应、费托反应、手性合成催化剂等。
分离领域:SBA-15孔径可调,表面可官能团化为疏水或亲水环境,且比较容易制备为较理想的球形材料,因此可以作为较理想的色谱填柱材料。
生物领域:SBA-15具有优良的不对称催化活性,适于作手性催化剂的载体。还可以结合酶底物化学、抗体注FL原化学等,通过测定电流或电位,构成不同的生物传感器。此外,在生物芯片、药物的包埋和控释等方面也有广阔的应用前景。
纳米材料领域:SBA-15可以作为合成介孔碳等新介孔材料的模版,随着反应物引入量的提高,具有一维结构的各种材料的纳米线相继在孔道中合成。