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基本信息

項(xiàng)目名稱：
新型磁性介孔納米復(fù)合材料的一種簡易的綠色合成方法
小類：
能源化工
簡介：
本工作在弱酸性或者不加酸的條件下，通過簡單的一步水熱法合成高鐵含量的高比表面積的有序介孔磁性Fe2O3-SBA-15納米復(fù)合材料。將磁性氧化鐵與介孔材料各自的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，從而能夠通過外加磁場方便的將使用后的材料從復(fù)雜的多相系統(tǒng)中分離出來。
詳細(xì)介紹：
本工作提出了水解速度控制及利用鐵前體自身產(chǎn)生的酸性調(diào)控合成不同的鐵物種，在弱酸性或者不加酸的條件下一步合成高比面積的高鐵含量介孔材料。酸性條件下介孔材料引入催化活性中心一直是個難題，因?yàn)樗嵝詶l件下金屬容易溶解，溶液酸度的高低直接決定金屬離子是否能進(jìn)入到材料的骨架中，一般文獻(xiàn)都采用向表面活性劑溶液中加入無機(jī)酸來得到高比面積的介孔材料，在制備好的介孔氧化硅材料中通過浸漬，CVD等二次修飾后合成的方法向介孔孔道中引入活性組分。而利用鐵前體自身產(chǎn)生的酸性調(diào)控體系酸度，實(shí)驗(yàn)過程中不需要額外添加無機(jī)酸或者只添加少量的無機(jī)酸，合成過程既對環(huán)境友好，又降低了合成成本，屬于綠色化學(xué)合成路線，在合成方法上具有一定的創(chuàng)新性。 磁性載體能通過外加磁場方便的將載體從復(fù)雜多相系統(tǒng)中分離出來。將磁性氧化鐵顆粒植入到介孔氧化硅材料的孔墻中，一步可以得到高比表面積，納米孔徑分布單一的介孔磁性材料。合成的材料兼顧了介孔材料和磁性材料的雙重優(yōu)勢。該材料在化工催化、大分子吸附和分離及納米材料的合成等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

作品圖片

  • 新型磁性介孔納米復(fù)合材料的一種簡易的綠色合成方法

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

利用鐵鹽水解產(chǎn)生的H+調(diào)節(jié)體系酸度，由鐵前體產(chǎn)生的酸度來達(dá)到材料合成的要求，合成過程中不另外加無機(jī)酸，一步合成高鐵含量的鐵硅納米復(fù)合多孔材料。并且將磁性的氧化鐵植入到孔墻中，就可以在不破壞介孔材料的孔道結(jié)構(gòu)及降低比表面積的前提下，賦予其磁性材料的性質(zhì)，拓展它在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其可以解決催化劑從反應(yīng)體系中分離的難題。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本工作采用一步水熱法直接合成得到了高鐵含量的高比表面積的新型磁性有序介孔鐵硅納米復(fù)合材料。首先，磁性氧化鐵的摻雜在一定程度上改變了SBA-15介孔材料的磁學(xué)性能，從而能夠通過外加磁場方便地將材料載體從復(fù)雜多相系統(tǒng)中分離出來。 其次，該方法利用鐵前體自身產(chǎn)生的酸性調(diào)控合成不同的鐵物種，實(shí)驗(yàn)過程中不需要額外添加無機(jī)酸，只需用蒸餾水做溶劑，原料廉價易得，既經(jīng)濟(jì)又有益于環(huán)境保護(hù)，屬于綠色化學(xué)合成路線。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義

磁性載體獨(dú)特優(yōu)勢是通過外加磁場能夠方便的將載體從復(fù)雜多相系統(tǒng)中分離，而磁性材料比表面積較小的特點(diǎn)很大程度地限制了其在催化領(lǐng)域的應(yīng)用。介孔材料由于具有較大的比表面積和孔體積、均一的且在納米尺寸上連續(xù)可調(diào)的孔徑、表面基團(tuán)可官能化等一系列優(yōu)點(diǎn)使它們在化工催化及納米材料的合成等領(lǐng)域展現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景。將磁性氧化鐵顆粒植入到介孔材料的孔墻中，結(jié)合磁性材料與介孔材料的優(yōu)點(diǎn)，在很多體系中都可以得到廣泛的應(yīng)用。

學(xué)術(shù)論文摘要

采用一步水熱法在弱酸性或者不加酸的條件下得到了高比表面積新型磁性有序介孔Fe2O3-SBA-15。本工作首次報道了在不加酸的條件下，通過簡單的一步水熱法合成高鐵含量的介孔材料。該方法合成過程中不使用酸性介質(zhì)，操作簡單，原料廉價易得。采用X射線粉末衍射（XRD）、材料比表面積與孔結(jié)構(gòu)的測定（BET）、元素分析 (ICP-AES) 、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）等手段分析了合成的Fe2O3-SBA-15樣品的材料晶相結(jié)構(gòu)、比表面積和孔結(jié)構(gòu)、合成后樣品中元素含量和形貌結(jié)構(gòu)。研究表明通過鐵鹽自身產(chǎn)生的酸性可以在較寬的鐵含量范圍內(nèi)（Fe wt% = 1.2～35.8％），可以得到納米氧化鐵分布均勻的高比表面積的介孔納米鐵硅復(fù)合材料，并且鐵的摻雜在一定程度上改變了SBA-15介孔材料的磁學(xué)性能。

獲獎情況

一篇論文修改中，擬投稿Chem. Mater.，正在撰寫專利一篇；校第二十屆“運(yùn)河杯”大學(xué)生課外科技作品競賽一等獎；浙江省第十一屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎

鑒定結(jié)果

查新鑒定報告一份（詳見附件）

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

到目前為止，關(guān)于Fe摻雜介孔材料的研究工作主要集中在堿性條件下合成的Fe-MCM-41及Fe-HMS體系上，在酸性條件下通過直接水熱合成的方法摻雜Fe雜原子的報道非常少。其它關(guān)于含鐵的SBA-15材料在催化中的應(yīng)用大部分是SBA-15負(fù)載氧化鐵作催化劑，大部分工作是通過二次合成或者后修飾的方法引入活性組分，已見通過兩步法、離子交換法、溶膠凝膠法、程序升溫還原法、pH調(diào)控法以及溫控法合成Fe2O3-SBA-15的文獻(xiàn)報道，以上工作都是在很低的鐵含量的Fe2O3-SBA-15材料的報道，但是截至目前為止，還未有高鐵含量的Fe2O3-SBA-15的合成報道，也未見使用一步水熱法在弱酸性或者不加無機(jī)酸的條件下得到Fe2O3-SBA-15的文獻(xiàn)報道。國內(nèi)外關(guān)于SBA-15 介孔分子篩材料的物理性能方面的研究相對較少, 尤其磁學(xué)性能方面的研究就顯得更加滯后,截至目前只有少數(shù)關(guān)于磁性介孔材料的報導(dǎo)，但是鐵含量沒有達(dá)到目前我們研究的水平，目前文獻(xiàn)報道的最高鐵含量均低于10 wt％。
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