張 瑩

(齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

在金屬有機骨架和生物材料等多孔材料進行復(fù)合材料的合成時，考慮到在合成催化化學和電化學催化反應(yīng)中影響反應(yīng)的重要問題，采用了限定涂覆和電化學催化作用的方法。通過界面工程和模板摻雜合成催化劑。催化穩(wěn)定性，活性部位及催化活性的觀點而且，導電率提高了能量轉(zhuǎn)換和存儲裝置的材料。在環(huán)境方面，有機污染物的分解和重金屬離子的還原可以迅速和有效地實現(xiàn)。壓力基于調(diào)節(jié)后的物質(zhì)機制，分析了機構(gòu)中調(diào)節(jié)方法的特定形式。因為壓力復(fù)合多孔材料的特性有助于電極催化劑和化學催化作用中的約束，選擇特定的復(fù)合成分制備復(fù)合多孔催化劑。依據(jù)多孔材料的這些特性能夠更好的進行多孔復(fù)合材料的制備，進而拓寬了多孔材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

1 多孔材料的分類

1.1 生物炭類

碳材料是多孔材料中比較常見的一種，應(yīng)用范圍也非常廣，在生產(chǎn)中已經(jīng)占據(jù)了不可替代的作用，其以耐酸堿腐蝕、耐高溫、敏感的導電性、敏感的傳熱性、結(jié)構(gòu)具有極好的穩(wěn)定性等優(yōu)點，在應(yīng)用領(lǐng)域中得到了良好的反饋。生物炭的原理主要是在無氧環(huán)境下以高溫熱解生物質(zhì)而得到的一種固體材料，這種材料來源于自然界中，是非常普遍的，且成本相對較低，更加環(huán)保，在應(yīng)用方面以多孔、表面積較大能夠發(fā)揮很好的修復(fù)效果[1]。例如，拇指纖維素類別生物質(zhì)組成為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，在高溫熱解制備生物炭過程中，三種元素表現(xiàn)除了不同的過程，主要是因為三種組成物質(zhì)的結(jié)構(gòu)的差異。而使用催化物質(zhì)來輔助制備過程是必不可少的，催化劑能夠改變生物質(zhì)高溫熱解物質(zhì)的反應(yīng)靈敏度，進而強化裂解的反應(yīng)，降低生物油產(chǎn)率。高溫分解法外，還有化學活化法、水熱碳化法等，都是工業(yè)制備生物炭選擇的主要方法。

1.2 金屬類

金屬類主要是有機骨架多孔材料，其也是集聚了多孔而導致表面局增大的晶體材料，是金屬原子簇作為組成單元，通過有機配體的連接而成的[2]。該種材料的晶體結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)提供了合成后的應(yīng)用性，這也是多孔材料的主要特點。過程中利用控制有機配體和合成的條件變量來控制空隙的密度或者大小，進而產(chǎn)生不同類型空隙排列的多孔材料，在應(yīng)用上更加契合實際應(yīng)用。骨架結(jié)構(gòu)和空隙通道促進了能量的傳導，在發(fā)展過程中已經(jīng)成功合成多種類別的金屬骨架多孔材料，進而拓展了應(yīng)用的領(lǐng)域，在應(yīng)用過程中也體現(xiàn)出了良好的適應(yīng)性。主要原理為金屬原子簇為單元時在固體材料內(nèi)形成周期性的拓撲結(jié)構(gòu)，再通過配體單元使得材料的拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進而形成不同的空隙，而這種變化取決于金屬有機骨架結(jié)構(gòu)和所選擇的配體單元，進而操作性更加靈活。

2 多孔材料的特征

2.1 金屬有機骨架復(fù)合材料的多孔合成

在研究過程中，金屬有機骨架符合材料可與多種其他無機材料復(fù)合而形成的復(fù)合材料很具有應(yīng)用價值，其主要是能夠發(fā)揮金屬無機骨架的可控空隙排列特性很好的制造了更大的表面積，在此基礎(chǔ)上也能夠保留另一種復(fù)合材料的屬性，進而能夠發(fā)揮兩者的特性拓展應(yīng)用的領(lǐng)域[3]。此外，多孔復(fù)合材料的孔洞制造了催化劑的流通通道，能夠?qū)⒋呋瘎╉槙车乃偷礁鱾€位置，進而促進金屬原子簇的進一步裂解成為更小的單位，例如，納米顆粒復(fù)合材料就能夠與金屬有機骨架復(fù)合材料很好的合成多孔材料。主要方法有：浸漬法是充分利用固體浸漬到金屬時候，在液體物質(zhì)與孔洞發(fā)生擴張到孔洞的各個位置，能夠最大限度的挖掘材料的吸附量的上限，而形成一種新的復(fù)合型多孔材料；溶劑法是金屬有機骨架復(fù)合材料內(nèi)部的孔洞具有與水性溶劑相互吸附的能力，進而形成的一種新的合成多孔材料。

2.2 生物炭復(fù)合材料的多孔合成

生物炭屬于無規(guī)則形狀的碳物質(zhì)，由微粒子和孔隙組合而成的，具有不規(guī)則結(jié)構(gòu)和足夠的表面積。微粒子主要是類石墨微晶體物質(zhì)，是生物炭的的組成基本單位，這些組成單位組合到一起就形成了孔洞結(jié)構(gòu)，在表面積方面能夠滿足使用的需求，進而形成了多孔材料的吸附功能。而在合成的過程中使用的方法不同及合成的物質(zhì)不同會導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異。在合成的多孔材料中，主要的區(qū)別在于形成的多孔結(jié)構(gòu)的排列不同，以及表面積的大小不同，生物炭在此基礎(chǔ)上對孔洞進行吸附填充，填充完成后需要對分子進行修飾以形成新的作用力，所以對生物炭復(fù)合多孔材料的孔洞結(jié)構(gòu)和表面積設(shè)計要求是較為苛刻的，無論制備方法是物理方法還是化學方法都需要特別注意設(shè)計的要求，無論設(shè)計怎么變化都是需要符合表面積最大化的特征方能發(fā)揮生物炭復(fù)合材料的吸附能力。

2.3 多孔復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及特征

孔結(jié)構(gòu)和表面積決定了與應(yīng)用領(lǐng)域的擴大密切相關(guān)的應(yīng)用能力。由于特殊的多孔結(jié)構(gòu)，多孔材料表面積高，孔隙率高，流動性好，具有高質(zhì)量的吸附能力和許多其他高性能，因此在許多領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用價值。多孔材料的應(yīng)用研究和結(jié)構(gòu)特性密切相關(guān)。多孔材料的孔結(jié)構(gòu)特性可以分為孔徑、孔徑分布、孔形態(tài)和孔通道特性。通過使用X射線小角衍射，氣體吸附和其他測量技術(shù)的一些常用方法，以及多孔材料測量結(jié)果的結(jié)構(gòu)特性，提高了合成成功率和實用值。基于多孔材料的特性設(shè)計，使用小角X射線檢測介孔材料的孔陣列的密度，并且孔的規(guī)則排列在小角區(qū)域產(chǎn)生相應(yīng)的衍射峰。由于小角度X射線的一些層狀化合物的層間隔非常大，因此僅能夠確定介孔材料的孔順序，并且存在與小角度區(qū)域?qū)?yīng)的衍射峰。

3 多孔材料的應(yīng)用性能優(yōu)化方法

3.1 提升多孔材料的負載能力

考慮到化學催化和電極催化中不同催化劑的作用效果不同，催化劑合成的合理設(shè)計和控制可以解決這些問題[4]。首先，小規(guī)模和高活動催化劑的使用最簡單和方便的方法是保持高循環(huán)和持久性，基礎(chǔ)之上提出強化負載能力。其次，負載催化劑的制備戰(zhàn)略極力抑制催化劑的活性，防止循環(huán)中催化劑的凝集和耐久性試驗，降低活性。最后，被修飾的載體可以具有輔助催化劑的催化作用或限制效果以提高催化活性。修飾支撐體的存在不僅能提高催化劑的循環(huán)性能，還能提高催化活性。這也表明載波對于控制負載樣本的粒度是有用的。由于載體的存在，可以提高催化劑的循環(huán)穩(wěn)定性，提高催化劑的活性，是催化劑設(shè)計中是非常重要的優(yōu)化措施。

3.2 強化催化劑的傳導能力

催化劑在電化學化反應(yīng)中使用時，不均勻催化劑的導電率是限制電極催化性能的重要因素。為了實現(xiàn)電解質(zhì)高的催化活性，催化劑具有良好的導電性。在電流的作用下，在支撐催化劑或電解質(zhì)的界面上形成特殊的屏障。而且，它減少了電轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換速度。由于低導電率阻礙電極與催化劑之間的反應(yīng)界面處的電子的傳遞，所以會影響催化過程的催化劑與電解質(zhì)、自由基等的相互作用，顯著地降低電極催化劑的催化性能。即使催化劑具有良好的導電性，通過在長期電流作用下與羥基、羥基和其他基團接觸，也容易在催化劑界面形成金屬氧化物等其他物質(zhì)的導電層，因此，物質(zhì)的生成降低了材料的導電性。特別是在催化反應(yīng)中，使用更好的材料能夠提高催化劑的催化性能，強化催化劑的傳導能力是非常重要的[5]。

3.3 激活更多的活性點位的覆蓋能力

催化劑的活性部位可以通過在多孔材料支撐體上分配催化劑來進一步活化，但活性部位的位置沒有根據(jù)催化劑自身的特性而變化，催化劑是用于強化活性部位的關(guān)鍵介質(zhì)[6]。通過改變催化劑的使用方法，提高覆蓋活性位點的能力，可以提高多孔材料的應(yīng)用性能。通過制備具各種類型的金屬有機骨架復(fù)合材料的多孔材料，測試了不同于各種晶體結(jié)構(gòu)的金屬有機骨架復(fù)合材料的組成對催化性能的影響。在金屬有機骨架復(fù)合材料的熱處理過程中，在幾種物質(zhì)的作用下產(chǎn)生的四氧化三鐵化合物的結(jié)構(gòu)導致金屬中的微妙變化，并促進形成更高的能級密度。主要原則是促進四氧化三鐵的材料和核心之間的電子轉(zhuǎn)移，在此基礎(chǔ)上，改進了合成反應(yīng)中的催化劑活性位點和催化反應(yīng)的能力，進而完成多孔材料的活性點為的覆蓋能力優(yōu)化。

4 結(jié) 語

在多孔材料應(yīng)用過程中，通過提升多孔材料的負載能力、強化催化劑的傳導能力、強化催化劑的傳導能力來優(yōu)化多孔材料的應(yīng)用性能，從制備的合成材料控制到催化劑作用強化挖掘，以及制備過程的控制來實現(xiàn)提升多孔材料的應(yīng)用能力。從孔洞結(jié)構(gòu)著手，增強孔洞結(jié)構(gòu)排列的科學、合理性，來增加表面積進而實現(xiàn)吸附能力的強化。針對增加的表面積以激活活性點的覆蓋覆蓋面積來強化吸附能力，進而根據(jù)不同的材料特性進行合成以賦予新的屬性來適應(yīng)新的應(yīng)用領(lǐng)域。