廣州地化所提出硅柱撐粘土礦物的“非膠束模板”成孔機(jī)制

　　多孔粘土異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料（PCHs）是以長(zhǎng)鏈烷基銨為模板劑，以粘土礦物為基體制備的一類柱撐材料。PCHs獨(dú)特的孔徑分布范圍彌補(bǔ)了微孔性柱撐粘土礦物和介孔硅之間的孔徑分布間隙，有希望成為良好的吸附劑、催化劑、載體或合成其他多孔材料的模板。因此，PCHs的成孔機(jī)制和有效的結(jié)構(gòu)控制尤為重要。長(zhǎng)期以來，PCHs的成孔機(jī)制一直參照介孔硅的分子自組裝（膠束模板）成孔機(jī)制，認(rèn)為更長(zhǎng)碳鏈的模板劑分子有利于在粘土礦物層間形成更大的孔。

　　最近，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士研究生王鉞博在導(dǎo)師朱建喜指導(dǎo)下，采用不同層電荷的天然蒙脫石和減電荷蒙脫石制備PCHs，以非定域密度泛函理論（NLDFT）表征其孔徑分布，研究了無機(jī)粘土礦物基體對(duì)PCHs結(jié)構(gòu)特性的影響，提出了一種新的“非膠束模板”成孔機(jī)制。由于制備中水介質(zhì)的缺乏、粘土基體的層電荷和模板劑間的靜電吸引等因素，PCHs的層間并不形成膠束，而是在硅源分子的擠壓下形成聚集體。層電荷對(duì)PCHs結(jié)構(gòu)特征的影響可被簡(jiǎn)化為孔徑和孔深兩個(gè)方向（如圖）。高層電荷有利于合成擁有更佳質(zhì)構(gòu)特性的多孔材料。

　　該項(xiàng)研究提供了關(guān)于柱撐粘土礦物的一種新的成孔機(jī)制，為粘土礦物基多孔材料的合成和結(jié)構(gòu)控制提供了科學(xué)思想和理論依據(jù)。

　　該工作得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)支持研究項(xiàng)目、中國(guó)科技部國(guó)家重點(diǎn)技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目以及國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。相關(guān)成果發(fā)表于Applied Clay Science。

　　層電荷對(duì)PCHs多孔性影響的示意圖。隨著粘土基體層電荷的降低，部分小的介孔在孔徑上減小為微孔，從孔深上看，深的微孔被部分堵塞或分隔為多個(gè)淺的相互連通的微孔。