新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所合成一種新型Keggin-Al30柱撐蒙脫石
柱撐粘土是一種粘土基二維納米材料，具有大的比表面積、強(qiáng)的表面酸性、較高的熱穩(wěn)定性以及優(yōu)良的微-介孔孔隙結(jié)構(gòu)，因而在石油裂解、催化、材料和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。自20世紀(jì)70年代以來，Brindley和Sempels首次合成以具有Keggin結(jié)構(gòu)的Al137+為柱撐離子的無機(jī)羥基聚合鋁柱撐粘土，后續(xù)的科研工作者也嘗試了以其他柱撐離子合成柱撐粘土，包括將鋁、鐵、鈦、鋯、鍺等單一無機(jī)聚合羥基金屬離子、復(fù)合型羥基多金屬離子以及摻稀土型羥基金屬離子等，以期獲得具有更好性能的柱撐粘土材料，同時(shí)對(duì)上述離子的水解化學(xué)開展了大量的研究。
有研究人員在對(duì)Al的水解化學(xué)研究過程中，發(fā)現(xiàn)在Al的水解溶液中存在一種相比Keggin-Al13（帶有7個(gè)正電荷，圖1A）具有更大離子尺寸及更高電荷量的無機(jī)羥基聚合鋁離子Keggin-Al30（帶有18個(gè)正電荷，圖1B）。而目前已知粘土礦物片層的電荷量、層間柱子的幾何尺寸及其帶電荷量等因素對(duì)柱撐粘土的微孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)有至關(guān)重要的影響，由于Keggin-Al30較其他傳統(tǒng)聚合離子具有更大的尺寸和電荷密度，該離子的引入有望對(duì)柱撐粘土的孔結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。
中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所應(yīng)用礦物學(xué)學(xué)科組朱建喜研究員和碩士研究生文科，以天然蒙脫石為基礎(chǔ)，將具有更大空間尺寸和電荷密度的Keggin-Al30無機(jī)羥基聚合鋁離子引入蒙脫石層間域內(nèi)，成功制備了一種新型Keggin-Al30柱撐蒙脫石（圖2）。對(duì)其結(jié)構(gòu)研究表明，Keggin-Al30柱撐蒙脫石較傳統(tǒng)Keggin-Al13柱撐蒙脫石具有更優(yōu)異的孔結(jié)構(gòu)和更高的鋁硅含量比。該研究為探索無機(jī)羥基聚合離子與粘土礦物片層作用機(jī)制提供了新的研究思路，也為新型無機(jī)柱撐材料、高性能多孔催化材料的制備和研發(fā)提供了參考。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（41272026，41502031，41572031）和國家外專局/中國科學(xué)院“礦物結(jié)構(gòu)與表面物理化學(xué)”創(chuàng)新國際團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（20140491534）等的資助。相關(guān)成果已發(fā)表在Microporous and Mesoporous Materials（Zhu JX, Wen K, Zhang P, Wang YB, Ma LY, Xi YF, Zhu RL, Liu HM, He HP. Microporous and Mesoporous Materials. 2017, 242: 256-263.）
論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387181117300392
圖1 Keggin-Al13及Keggin-Al30結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 Keggin-Al30柱撐蒙脫石形成機(jī)制
（中國科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 & 綜合辦公室 供稿）
