[00127604]层状硅酸盐矿物结构改型制备有序介孔材料的基础研究

本项目属于矿物加工与新材料研究领域。 以层状硅酸盐为典型代表的非金属矿物级产品长期以来以产量大、价格低的形象出现。造成这一局面的原因之一是对非金属矿物的基础理论、基本性质等的研究不够,缺乏有效利用的理论和依据。层状硅酸盐具有储量大、应用广泛等普遍优点,也有特异性强、性能独特的性质。以介孔材料为代表的高性能多孔材料具有比表面积大、活性高、性能优异的特点。但介孔材料制备所需的化学原料价格昂贵,限制了其应用范围。 本项目以典型的或特异性的层状硅酸盐矿物为主要原料,通过结构改型,以层状硅酸盐为原料合成介孔材料,通过功能改性实现材料的设计与合成,采用分子模拟开展材料合成的机理探讨与规律解析。相关研究为开拓层状硅酸盐的应用领域、实现层状硅酸盐的高值化利用提供一系列新的思路。主要发现和创新点如下： 1.明确了层状硅酸盐矿物结构转型构筑有序介孔孔道的机理,阐明了由层状结构转变为多孔结构过程中Si的配位方式和键合机理,引入分形维数法预测并验证了介孔孔道的分形特征,开辟了天然矿物向高性能材料转变的新途径。 2.通过一步合成实现了多孔材料的功能改性,通过在孔道内组装具有特异性能的纳米粒子,实现了多孔基体与功能客体性能协同增强的作用,在提高纳米材料性能的同时,实现了介孔材料的功能修饰,拓展了其应用范围。 3.结合第一原理计算技术,预测了介孔材料孔壁功能掺杂的结构与性能,解析了介孔材料结构转变的分子层次的机理,结合能带理论解释了掺杂介孔材料的新颖现象,明确了介孔材料掺杂与组装设计的原则与科学规律。 本项目的研究成果已由科学出版社出版专著1部,取得发明专利授权8项,发表论文200余篇,其中在国外英文期刊发表SCI论文58篇,在材料学科权威期刊J.Mater.Chem.、J.Phys.Chem.B、J.Phys.Chem.C等发表论文56篇,在国际胶体与表界面类主流期刊Colloid Surf.A、J.Colloid interf.Sci.发表论文6篇,在国际粘土类权威期刊Am.Mineral.、Appl.Clay Sci.、Clay Clay Miner.发表论文11篇,被SCI他引588次,被12篇高水平综述性文章、2部英文专著、1篇国外博士论文引用。有关代表性成果被国际矿物、材料领域的知名期刊Appl.Clay Sci.Nano Lett.、Adv.Mater.等多次引用。美国Nova出版集团出版的著作《Nanoporous Materials》、Springer出版的著作中借鉴并高度评价了本项目的研究成果,认为相关理论新颖,技术先进,在非金属利用理论方面有重要参考价值。