多孔材料应用研究*

张 莹

(齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

在金属有机骨架和生物材料等多孔材料进行复合材料的合成时，考虑到在合成催化化学和电化学催化反应中影响反应的重要问题，采用了限定涂覆和电化学催化作用的方法。通过界面工程和模板掺杂合成催化剂。催化稳定性，活性部位及催化活性的观点而且，导电率提高了能量转换和存储装置的材料。在环境方面，有机污染物的分解和重金属离子的还原可以迅速和有效地实现。压力基于调节后的物质机制，分析了机构中调节方法的特定形式。因为压力复合多孔材料的特性有助于电极催化剂和化学催化作用中的约束，选择特定的复合成分制备复合多孔催化剂。依据多孔材料的这些特性能够更好的进行多孔复合材料的制备，进而拓宽了多孔材料的应用领域。

1 多孔材料的分类

1.1 生物炭类

碳材料是多孔材料中比较常见的一种，应用范围也非常广，在生产中已经占据了不可替代的作用，其以耐酸碱腐蚀、耐高温、敏感的导电性、敏感的传热性、结构具有极好的稳定性等优点，在应用领域中得到了良好的反馈。生物炭的原理主要是在无氧环境下以高温热解生物质而得到的一种固体材料，这种材料来源于自然界中，是非常普遍的，且成本相对较低，更加环保，在应用方面以多孔、表面积较大能够发挥很好的修复效果[1]。例如，拇指纤维素类别生物质组成为纤维素、半纤维素和木质素，在高温热解制备生物炭过程中，三种元素表现除了不同的过程，主要是因为三种组成物质的结构的差异。而使用催化物质来辅助制备过程是必不可少的，催化剂能够改变生物质高温热解物质的反应灵敏度，进而强化裂解的反应，降低生物油产率。高温分解法外，还有化学活化法、水热碳化法等，都是工业制备生物炭选择的主要方法。

1.2 金属类

金属类主要是有机骨架多孔材料，其也是集聚了多孔而导致表面局增大的晶体材料，是金属原子簇作为组成单元，通过有机配体的连接而成的[2]。该种材料的晶体结构和多孔结构提供了合成后的应用性，这也是多孔材料的主要特点。过程中利用控制有机配体和合成的条件变量来控制空隙的密度或者大小，进而产生不同类型空隙排列的多孔材料，在应用上更加契合实际应用。骨架结构和空隙通道促进了能量的传导，在发展过程中已经成功合成多种类别的金属骨架多孔材料，进而拓展了应用的领域，在应用过程中也体现出了良好的适应性。主要原理为金属原子簇为单元时在固体材料内形成周期性的拓扑结构，再通过配体单元使得材料的拓扑结构发生变化，进而形成不同的空隙，而这种变化取决于金属有机骨架结构和所选择的配体单元，进而操作性更加灵活。

2 多孔材料的特征

2.1 金属有机骨架复合材料的多孔合成

在研究过程中，金属有机骨架符合材料可与多种其他无机材料复合而形成的复合材料很具有应用价值，其主要是能够发挥金属无机骨架的可控空隙排列特性很好的制造了更大的表面积，在此基础上也能够保留另一种复合材料的属性，进而能够发挥两者的特性拓展应用的领域[3]。此外，多孔复合材料的孔洞制造了催化剂的流通通道，能够将催化剂顺畅的送到各个位置，进而促进金属原子簇的进一步裂解成为更小的单位，例如，纳米颗粒复合材料就能够与金属有机骨架复合材料很好的合成多孔材料。主要方法有：浸渍法是充分利用固体浸渍到金属时候，在液体物质与孔洞发生扩张到孔洞的各个位置，能够最大限度的挖掘材料的吸附量的上限，而形成一种新的复合型多孔材料；溶剂法是金属有机骨架复合材料内部的孔洞具有与水性溶剂相互吸附的能力，进而形成的一种新的合成多孔材料。

2.2 生物炭复合材料的多孔合成

生物炭属于无规则形状的碳物质，由微粒子和孔隙组合而成的，具有不规则结构和足够的表面积。微粒子主要是类石墨微晶体物质，是生物炭的的组成基本单位，这些组成单位组合到一起就形成了孔洞结构，在表面积方面能够满足使用的需求，进而形成了多孔材料的吸附功能。而在合成的过程中使用的方法不同及合成的物质不同会导致形成的多孔材料的不同，新多孔材料所具有的特征也有差异。在合成的多孔材料中，主要的区别在于形成的多孔结构的排列不同，以及表面积的大小不同，生物炭在此基础上对孔洞进行吸附填充，填充完成后需要对分子进行修饰以形成新的作用力，所以对生物炭复合多孔材料的孔洞结构和表面积设计要求是较为苛刻的，无论制备方法是物理方法还是化学方法都需要特别注意设计的要求，无论设计怎么变化都是需要符合表面积最大化的特征方能发挥生物炭复合材料的吸附能力。

2.3 多孔复合材料的结构及特征

孔结构和表面积决定了与应用领域的扩大密切相关的应用能力。由于特殊的多孔结构，多孔材料表面积高，孔隙率高，流动性好，具有高质量的吸附能力和许多其他高性能，因此在许多领域具有良好的应用价值。多孔材料的应用研究和结构特性密切相关。多孔材料的孔结构特性可以分为孔径、孔径分布、孔形态和孔通道特性。通过使用X射线小角衍射，气体吸附和其他测量技术的一些常用方法，以及多孔材料测量结果的结构特性，提高了合成成功率和实用值。基于多孔材料的特性设计，使用小角X射线检测介孔材料的孔阵列的密度，并且孔的规则排列在小角区域产生相应的衍射峰。由于小角度X射线的一些层状化合物的层间隔非常大，因此仅能够确定介孔材料的孔顺序，并且存在与小角度区域对应的衍射峰。

3 多孔材料的应用性能优化方法

3.1 提升多孔材料的负载能力

考虑到化学催化和电极催化中不同催化剂的作用效果不同，催化剂合成的合理设计和控制可以解决这些问题[4]。首先，小规模和高活动催化剂的使用最简单和方便的方法是保持高循环和持久性，基础之上提出强化负载能力。其次，负载催化剂的制备战略极力抑制催化剂的活性，防止循环中催化剂的凝集和耐久性试验，降低活性。最后，被修饰的载体可以具有辅助催化剂的催化作用或限制效果以提高催化活性。修饰支撑体的存在不仅能提高催化剂的循环性能，还能提高催化活性。这也表明载波对于控制负载样本的粒度是有用的。由于载体的存在，可以提高催化剂的循环稳定性，提高催化剂的活性，是催化剂设计中是非常重要的优化措施。

3.2 强化催化剂的传导能力

催化剂在电化学化反应中使用时，不均匀催化剂的导电率是限制电极催化性能的重要因素。为了实现电解质高的催化活性，催化剂具有良好的导电性。在电流的作用下，在支撑催化剂或电解质的界面上形成特殊的屏障。而且，它减少了电转换的能量转换速度。由于低导电率阻碍电极与催化剂之间的反应界面处的电子的传递，所以会影响催化过程的催化剂与电解质、自由基等的相互作用，显著地降低电极催化剂的催化性能。即使催化剂具有良好的导电性，通过在长期电流作用下与羟基、羟基和其他基团接触，也容易在催化剂界面形成金属氧化物等其他物质的导电层，因此，物质的生成降低了材料的导电性。特别是在催化反应中，使用更好的材料能够提高催化剂的催化性能，强化催化剂的传导能力是非常重要的[5]。

3.3 激活更多的活性点位的覆盖能力

催化剂的活性部位可以通过在多孔材料支撑体上分配催化剂来进一步活化，但活性部位的位置没有根据催化剂自身的特性而变化，催化剂是用于强化活性部位的关键介质[6]。通过改变催化剂的使用方法，提高覆盖活性位点的能力，可以提高多孔材料的应用性能。通过制备具各种类型的金属有机骨架复合材料的多孔材料，测试了不同于各种晶体结构的金属有机骨架复合材料的组成对催化性能的影响。在金属有机骨架复合材料的热处理过程中，在几种物质的作用下产生的四氧化三铁化合物的结构导致金属中的微妙变化，并促进形成更高的能级密度。主要原则是促进四氧化三铁的材料和核心之间的电子转移，在此基础上，改进了合成反应中的催化剂活性位点和催化反应的能力，进而完成多孔材料的活性点为的覆盖能力优化。

4 结 语

在多孔材料应用过程中，通过提升多孔材料的负载能力、强化催化剂的传导能力、强化催化剂的传导能力来优化多孔材料的应用性能，从制备的合成材料控制到催化剂作用强化挖掘，以及制备过程的控制来实现提升多孔材料的应用能力。从孔洞结构着手，增强孔洞结构排列的科学、合理性，来增加表面积进而实现吸附能力的强化。针对增加的表面积以激活活性点的覆盖覆盖面积来强化吸附能力，进而根据不同的材料特性进行合成以赋予新的属性来适应新的应用领域。