[00793097]超强碱性及高效吸附二氧化碳的分子筛新材料

催化新材料是发展绿色化学的研究热点。固体强碱或超强碱具有高活性、高选择性、反应条件温和、产物易于分离等特点，可是现有的固体超强碱不仅制备复杂、成本昂贵、极易被大气中的CO<,2>等杂质中毒，而且比表面都很小。沸石分子筛具有高比表面和独特的形状选择性，然而却很难得到强碱性，因此成为择形催化中的弱点和难点。鉴此课题组努力创新，在分子筛超强碱新材料的研究中取得显著的进展：(1)查明原因、提出对策。课题组首先从强相互作用和微观结构的角度剖析了沸石分子筛上难以得到强碱性的原因，针锋相对地提出“中性硝酸盐铺饰”的新对策：将硝酸盐铺展在多孔载体上面形成涂层；这些复合材料通常并不显示碱性，易于运输保管，使用之前只需加热处理就立即产生超过工业烧碱几十倍甚至上百倍的强烈碱性。由此课题组首次在国内研制成氧化铝、氧化锆为基体的固体超强碱以及具有超强碱性的沸石，为有关研究填补了空白。(2)精益求精，形成特色。中性盐硝酸钾需要高温处理才能分解产生碱位，不仅消耗能源而且会产生氮氧化物危害环境。课题组发明甲醇分解-氧化还原法降低硝酸钾的分解温度并抑制了90%的氮氧化物。一般的固体碱会被水所溶解而不能用于那些原料或者产物里含有水的工业反应，课题组使用微波技术研制出不怕水的新型固体碱材料，操作简单、省时节能；还以植物纤维为外模板研制出固体碱新材料，具有高比表面积和生物形态的独特孔道结构。(3)独辟新径，国际领先。多孔材料里的硅稳定着材料的结构，但是它极易会和钾生成低碱性化合物而阻碍强碱位的生成。课题组效仿皮肤、发明了“多层镀饰法”，在合成硅材料时原位铺饰上一层氧化镁“盔甲”、再将硝酸钾铺展在这层“盔甲”上。由于“盔甲”隔断了硅材料和钾的接触，课题组首次研制出介孔硅分子筛固体超强碱，论文刊登在Chem.Mater上。课题组又精细调控主-客体相互作用，挑选碱土金属客体法在极易被碱腐蚀的介孔氧化硅上直接得到超强碱性。最近，课题组设计了新的“一釜法”合成路线，通过原位转化技术首次在介孔氧化铝上构建出固体超强碱位，论文发表在德国《应用化学》上。课题组还将介孔碱性分子筛新材料用于吸附去除二氧化碳以保护生态环境：，(1)提出新途径研制介孔高效吸附材料：保留SBA-15或MCM-41合成原粉里所含模板剂胶束，利用胶束在孔道里的丝状分布高分散有机胺如四乙烯五胺，所得新材料对于二氧化碳的吸附能力达到210mgg1，和普通介孔吸附剂相比提高50％，但是成本降低至少40％。论文发表在Adv.Funct.Mater上之后反响较大，申报的国家发明专利于2008年授权；另外，课题组发表在Chem.Euro.J.2008的论文保持着硅铝分子筛复合材料吸附CO<,2>的文献最高值(221mgg-1)。(2)首次采用微乳液技术一步合成富含有机胺的介孔独石新材料，其尺寸可达厘米级并能够经受64Ncm<'-2>的压力；在多次循环吸附CO<,2>的实验里表现出171mg/g的优秀吸附性质。这种具有独石形貌的介孔吸附材料也开拓了分子筛的器件化新应用。近16年的潜心研究使得课题组在分子筛超强碱以及二氧化碳吸附新材料领域居于国际领先水平：课题组首次报道了硝酸钾负载氧化铝、硝酸钾负载氧化锆固体碱新材料，首次报道碱强度(H-)达到27的超强碱性沸石材料，首次设计“原位镀饰”过程直接在强酸性体系里合成出固体强碱介孔材料，并首次实现介孔硅材料的同时酸碱双功能化。课题组从理论上阐明主-客体强相互作用对于研制负载性固体超强碱的决定性影响，并由此设计新合成路线、首次在介孔硅分子筛上得到超强碱性，并首次构筑出介孔铝固体超强碱新材料。研究成果共计论文61篇，其中影响因子高于3的SCI论文13篇，SCI论文17篇，一般英文刊物论文7篇，中文期刊论文24篇。论文被引用418次，他引164次。申报国家发明专利4项并授权2项。先后被2008年全国催化会议、2009年台湾触媒及反应工程研讨会议和上海中日韩A3前瞻会议邀请做大会报告。