硅和二氧化硅1/30/20241硅的存在自然界中，硅無游離態存在，只以化合態存在（SiO2或硅酸鹽的形式存在）存在于地殼的礦物和巖石里在地殼中，硅的含量居第二位1/30/20242硅晶體的物理性質：灰黑色硬而脆有金屬光澤的固體熔點、沸點高硬度大半導體材料1/30/20243硅的晶體結構1/30/20244硅的晶體結構分析每個硅原子通過4個共用電子對與周圍4個硅原子連接，成正四面體結構，向空間延伸，形成空間網狀結構是非金屬單質1/30/20245硅的化學性質1/30/20246

1、硅的結構特點：硅原子最外層有4個電子，既不容易失電子，也不容易得電子可得4個電子，顯氧化性；可失4個電子，顯還原性；1/30/20247常溫下，化學性質穩定只與堿、氟化氫、氟氣反應，不與硫酸、鹽酸、硝酸等反應1/30/20248硅的用途1、制集成電路、晶體管管、硅整流器等半導體材料2、含硅4%的鋼可制變壓器鐵芯3、含硅15%的鋼具有耐酸性，制耐酸設備1/30/20249單晶硅與多晶硅P型半導體N型半導體1/30/202410太陽能電池單晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池非晶硅太陽能電池1/30/202411二氧化硅1、存在硅石瑪瑙水晶石英分為:晶體(石英和水晶)和無定形(硅藻土)水晶1/30/2024122、二氧化硅的晶體分析：晶體中每個硅原子通過共價鍵與周圍4個氧原子結合成正四面體形結構單元,硅原子之間通過氧原子連接,晶體中所有原子成一種空間網狀結構晶體的化學式為SiO2,不表示有SiO2分子組成，晶體中只有Si、O原子，無分子1/30/2024133、二氧化硅的物理性質晶體硬度大,熔點高,難溶于水1/30/2024144、二氧化硅的性質：不活潑酸酐的特性：①與堿性氧化物反應SiO2+CaO=CaSiO3②與強堿反應：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O③與鹽反應：SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2④不與水反應

SiO2+H2O≠H2SiO3⑤只與氫氟酸（一種酸）反應SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O1/30/2024155、二氧化硅的用途①、制光導纖維②、石英玻璃制化學儀器③、石英表、石英鐘④、水晶制光學儀器和工藝品⑤、瑪瑙制精密軸承和裝飾品1/30/202416六、硅酸鹽結構復雜種類繁多用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成基本結構單元都是硅氧四面體。SiOOOO1/30/202417介孔材料沸石材料介孔固體1/30/202418LTANATANAMORTONMorphologicalDiversityLTLFromSilicatestoZeolites沸石1/30/202419StackingFaults-IntergrowthsOpportunitiesforNovelStructures-PerformanceDebitsPossibleFAUEMTFromSilicatestoZeolites沸石1/30/202420LewisAcidity:Cations,Al3+BroenstedAcidity:ProtonsBi-functional:Acid+MetalFunction(HighlyDispersedPt,Rh,....)BridgingOHTheActiveSurfaceDesignParameters&Use1/30/202421Catalysis/ShapeSelectivity

Hydrocarbonconversion:Alkylation,Cracking,Hydrocracking,Isomerization,Disproportionation,...Hydrogenation/DehydrogenationHydrodealkylationMethanationReformingCatalysisforfineChemicalsOxidationDeNOx,CatalyticSremoval,.....沸石1/30/202422介孔分子篩的分類單位合成方法舉例ⅠMobil公司〔1〕

以陽離子型表面活性劑作為結構模板劑,在水熱條件下于堿性介質中通過S+I-

作用組裝得到，最后溶劑萃取回收模版劑M41S系列ⅡPinnavaia

課題組[2－5]

以中性伯胺或非離子型表面活性劑與中性低聚硅前驅體采用基于氫鍵作用的S0I0/N0I0自組裝過程合成介孔分子篩HMS系列MSU系列ⅢStucky和趙東元課題組〔6~8〕采用三嵌段共聚物（如在酸性體系采用P123嵌段共聚物）作為有機結構導向劑（模板劑）得到介孔分子篩

SBA系列SBA－15,一種介孔硅基分子篩，具有高度有序的六邊形直孔結構，其孔徑可以在5～50nm范圍內變化,且孔壁較厚(典型的在3到9nm),因此使得該材料具有更高的熱和水熱穩定性，是一種極具應用前景的材料介孔1/30/202423MCM-41：具蜂巢狀結構之

介相(meso-phase)多孔體1992年，美國

Mobile公司研究人員利用界面活性劑之液晶相，成功地以氧化鋁硅或氧化硅合成MCM-41蜂巢狀結構之介相(meso)多孔體。以此為開端已作出各種不同形狀之介相多孔體，目前則努力于應用之研究。在Mobile公司合成之數年前，日本早稻田大學之研究人員早已采用礦物的一種層狀硅酸鹽(kanemite)成功地合成介相多孔體。因此，日本也可算是介相多孔體研究的發源地。介孔1/30/202424MCM-41

之生成機制在水中形成雙親媒性分子的集合體球狀微胞六方形組成管束層狀納米結構介孔1/30/202425其它介相多孔體FSM-16介相多孔體：使用層狀硅酸鹽所制的代表性介相多孔體

系以界面活性劑做為模板(具有目標形狀之模型)而合成。高分辨電子顯微鏡影像可見大小均一的介相孔呈蜂巢狀的規則排列。KSW-2四角形孔的介相多孔體：研究人員也合成出傳統無法合成之四角形孔。電子顯微鏡的觀察可見層間呈折彎現象。此構造系利用幾片層狀硅酸鹽堆疊而成之層狀結構，再像折紙般彎成孔狀。可算是細孔形態控制上，善用材料性質之例。1/30/202426FSM-16

&KSW-2

介面多孔體1/30/202427多孔材料微孔材料(孔徑<2nm)介孔材料(孔徑2-50nm)大孔材料

(孔徑>50nm)沸石(如：ZSM-5、TS-1等)硅膠、MCM-41、SBA-15等珊瑚、蜂窩狀獨石介孔固體1/30/202428有序介孔固體MCM-41MCM-48SBA-151/30/202429介孔固體的表征量比表面積S表面原子分數孔徑分布和孔隙率對介孔固體的表征量的影響1/30/202430ThroughTMVtogetinorganicmaterialwithorganicfeaturePorousaluminaasfilterTMVThefilmwithTMVDryTi(OiPr)4solutionEthanolPassthroughWaterpassthroughFilmwithTMVandTiO2Fireat500°CFilmwithTiO2DissolvefilmTiO2withTMVfeature1/30/2024311/30/2024321/30/202433SBA-15的合成方法SBA-15的化學改性SBA-15在材料和生命科學領域的應用介孔分子篩SBA-15的研究1/30/202434WashingP123TEOSHClDeionizedwater（＞24hrs）Aging（＞24hrs）Drying550℃CalcinationSBA-15SynthesisRoute1/30/202435有序介孔材料的自組裝合成

hydrothermalpH,mediamesoporousmaterialsSurfactant

+Inorganicsource

以表面活性劑分子聚集體為模板，通過表面活性劑分子聚集體和無機物種之間的界面組裝實現對介觀圖式結構的剪裁。其中涉及超分子化學、Sol-gel化學、主客體模板化學1/30/202436表面活性劑的超分子組裝CTABConcentration（Wt%）Temperature℃C.J.Brinker,Y.Lu,A.Sellinger,H.Fan,Adv.Mater.,1999,11,579CTAB1/30/202437SBA-15的合成機理SBA-15的合成符合中性模板機理(S0I0):用中性表面活性劑P123(S0),和中性無機硅物種(I0)通過氫鍵鍵合,不存在強的靜電作用,并隨硅烷醇的進一步水解、縮合導致短程六邊形膠粒的堆積和骨架的形成5nm5nm〔6〕〔9〕800m2\g1/30/202438有序介孔材料的合成機理－－液晶模板機理(LCT)KresgeCT,LeonowiczME,RothWJ,etal.Nature,1992,359:710-712.BeckJS,VartuliJC,RothWJ,etal.J.Am.Chem.Soc.,1992,114:10834-108431/30/202439協同組裝機理1/30/202440影響SBA-15結構的因素有機物模板劑本身性質（化學結構、鏈長、官能團）和共溶劑的加入模板劑與硅源的含量和比例晶化條件（時間、溫度）1/30/202441改變模板劑與硅源的含量〔11〕：KohjiMiyazawa,ShinjiInagaki.Chem

Comm,20001/30/202442改變晶化溫度〔12〕：周麗繪等。J.Chin.Electr.Microsc.Soc.20051/30/202443SBA-15的化學改性SBA–15由于使用三嵌段共聚高分子模板劑，孔壁較厚（約6nm），因此其水熱穩定性高于其他介孔分子篩。可是存在酸性較弱、催化活性不高等內在的缺點,大大限制了它的實際應用范圍。為實現SBA-15的潛在應用價值,依靠化學改性來提高它的水熱穩定性和催化活性成為現在面臨的主要研究課題。化學改性包括對材料骨架的修飾以及對孔道表面的功能化。由介孔材料的表面化學性質研究可知,介孔氧化硅材料表面的硅醇鍵具有一定的化學反應活性,這是表面化學改性的基礎。與活性組分成鍵,把催化活性位引入孔道或骨架。而對骨架的修飾可以通過引入金屬離子,使其周圍的電荷過剩產生較強的質子酸中心或路易斯酸中心,或通過金屬摻雜后產生離子交換位,將催化活性組分引入。化學改性的主要方法：元素取代法和共價鍵移植法1/30/202444將磺酸基（－SO3H）移植到SBA－15的表面〔13〕：油酸發生甲醇酯化反應的轉化率沈健,袁興東等。燃料化學學報,20031/30/202445將Ti原子引入骨架代替Si〔14〕：環己烯H2O2氧化反應的轉化率朱金華,沈偉等。化學學報,20031/30/202446SBA-15的應用SBA-15大的孔徑有利于反應物在孔道內