1.2 中孔洞分子篩簡介

1.2.1   M41S 系列

  1992MobilOil公司 [1,2] 利用帶正電性四極銨鹽之界面活性劑當模版,與帶負電荷之矽酸鈉結合,成功地開發出一系列六角形堆積、立方體堆積、層狀堆積、孔洞大小介於1.510.0奈米(nm, 1nm=10-9m)層次之氧化矽沸石MCM-41(六角形)MCM-48(立方體)MCM-50(層狀)。圖1-6是其三種孔洞示意圖,圖1-7為其形成機制圖,由於此系列中孔洞沸石具有高表面積(BET表面積大約1000m2/g)、熱穩定性高、孔洞大小一致及可調整大小的孔洞等優點,可應用於催化大分子反應的觸媒、奈米導線製作之模版、光電材料等多方面的發展,近年來吸引了許多科學家的興趣與重視。

 

 

1-6

 

              1-7 MCM-41 形成機制

 

1.2.2    HMS 簡介

M41S 系列研發成功之後,後來許多的中孔洞材料也陸續的被合成,例如1994 Pinnavaia 使用 dodecylamine 為界面活性劑合成出來的 HMS ,其是利用不帶電荷的胺類界面活性劑與在酸性條件下與帶正電荷矽氧原子經由氫鍵的作用力下合成(1-7),而其孔洞排列為 hexagonal 的排列,且根據作者的結果宣稱經由氫鍵作用力排列而成的 HMS 材料其洞壁會比 M41S 系列來的厚。最重要的是其利用的胺類界面活性劑並不會像四極銨鹽界面活性劑較具毒性且對環境較具污染性。

1-7  經由氫鍵作用力合成的 HMS

1.2.3   FSM-16 簡介

1993 年日本 Inagaki 利用層狀排列的黏土Na-kanemite (NaHSi2O5·3H2O) 為矽源,然後利用四極銨鹽界面活性 CTMABr ( cetyltrimethylammonium bromide )對其鈉離子作離子交換,因此CTMA+ 離子取代了Na-kanemite 中鈉離子的位置,且擴大了層狀結構中層與層之間的距離, 接著利用降低 pH 和水熱的方式,使得 kanemite 中的高負電荷逐漸降低,因為 charge maching 的緣故使得材料慢慢的由層狀變為hexagonal 的排列,這也就是所謂的 Fold  Sheet  Mechanism 機制(1-8),且其孔洞經由 TEM 的鑑定後確認為正六邊形的孔洞,更進一步證明了其孔洞形成的機制是經由摺疊的過程所產生。

 

             1-8  Fold  Sheet  Mechanism

 

1.2.4      PCH 簡介

1995 Pinnavaia 同樣利用了層狀黏土 saponite 為矽源,然後使用 CTMABr dodecylamine 將其黏土中的鈉離子與鎂離子作離子交換,起初步驟與 FSM-16 相當類似,不過後來 PCH 材料還有另外加入 TEOS 作為第二矽源,所以其並未發生Fold  Sheet  Mechanism,而其孔洞排列就如圖1-9所示為層與層之間插入了圓柱狀的排列,而其圓柱狀的材料就是 CTMABr 與後來加入的 TEOS 所產生。

        1-9  PCH 結構

 

1.2.5     SBA-15簡介

Stucky 等人在 1998 年利用三嵌段高分子界面活性劑 P123 ( EO20-PO70- EO20 ),在酸性的條件下,利用氫鍵的作用力與帶正電荷的矽源結合,成功的合成出hexagonal 排列的 SBA-15 (1-10),而其最主要的特色為其孔洞比一般 hexagonal 排列的 MCM-41 來的大上許多,且孔壁也約厚了三倍,因此其在水熱穩定性的表現上比 MCM-41 優秀許多,不過較可惜的是 SBA-15必須要在酸性的條件下才能合成成功,因此在合成時要摻入金屬進入其骨架內的難度也大為提高。