Мезоструктурированные силикаты

К числу новых неорганических материалов относятся мезоструктурированные силикаты (МС) и их аналоги. Они обладают значительной удельной поверхностью, величина которой достигает
1200 м²/г; контролируемым, с узким распределением, размером цилиндрических пор, располагающихся в строгом геометрическом порядке, высокой химической активностью поверхности. Основные отличия мезоструктурированных силикатов: наличие кристаллической структуры, разнообразие мезоструктурных многогранников, гидротермальная стабильность.

Наиболее наглядной структурой является строение, подобное пчелиным сотам. Гексагональные ячейки пор имеют строго повторяющийся размер, например 3,5 нм для материала МСМ-41 и стенки толщиной 0,8 нм, состоящие из аморфного кремнезема. На рис. 15 представлена модель строения МСМ-41.

На рис. 16 показаны снимки образцов МСМ-41 и МСМ-48, полученные методом просвечивающей электронной микроскопии, а также их рентгенограммы.

Несмотря на аморфное состояние вещества в целом, наличие периодичности в мезомасштабе (2–50 нм) обеспечивает дифракцию рентгеновских лучей как от кристаллических веществ.

В основе синтеза мезоструктурированных силикатов лежит процесс жидкокристаллического темплатирования, т.е. осаждение на темплате (шаблоне) [21]. Шаблон – мицелла из ПАВ. Первоначально при внесении

Рис. 16. Снимки образцов МСМ-41 и МСМ-48, полученные методом просвечивающей электронной микроскопии, и их рентгенограммы

ПАВ в раствор силиката происходит взаимодействие молекул ПАВ с неорганическими полианионами. Это вызывает образование супрамолекулярных частиц, которые конденсируются.

В твердой фазе возникает поверхность раздела, построенная по законам жидкокристаллической среды. Кривизна и вид поверхности определяется концентрацией компонентов и другими параметрами. При последующей гидротермальной обработке происходит поликонденсация неорганической компоненты. Далее удаление органической компоненты путем выжигания при высокой температуре на воздухе дает мезоструктурированный мезопористый материал с составом кремнезема (рис. 17).

Эти материалы имеют перспективы использования в качестве адсорбентов, носителей катализаторов, конструкционных компонентов для различных композиционных материалов, основы для сенсоров.

а б

Рис. 17. Структура мезофазы MCM-41 до (а) и после (б) удаления ПАВ

Пример использования мезоструктурированных силикатов приведен на рис. 18.

Рис. 18. Синтез нановолокон кристаллического полиэтилена в порах мезоструктурированного мезопористого силиката МСМ-41

В порах мезопористого силиката МСМ-41 произведен синтез нановолокон кристаллического полиэтилена. В результате синтеза получен полиэтилен с рекордным молекулярным весом цепи 6 200 000 а.е. Реакция проведена на модификации Ti(cp)₂-MCM-41 и c Al(CH₃)₃ в качестве сокатализатора [22].

Со времени открытия МС получены одномерные ламелярные мезоструктуры, двумерные и трехмерные гексагональные, ряд кубических структур.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: