1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
1.1前言
在有序介孔材料演变与发展的近二十年的时间里，用于合成介孔材料的模板由最初的阳离子表面活性剂逐渐拓展至中性表面活性剂，模板剂的结构也由最初的单电荷、单烷基链逐渐拓展至多电荷、多烷基链。在众多合成介孔二氧化硅的方法中，以阴离子表面活性剂为模板的应用不是很多。这主要是因为在水溶液体系中硅酸物种的等电点在ph2.0左右，小于此ph值时，硅酸物种带正电荷，而大于此ph值时，硅酸物种带负电荷。因此，体系酸性较强能够保证有机相和无机相的界面作用力但不利于阴离子表面活性剂的溶解及其胶束的形成，而体系ph值的增大虽有利于阴离子表面活性剂的自组装，但会大大减弱有机模板剂与无机物种之间的相互作用。直到助结构导向剂概念的引入才使这一问题得到了较好的解决。近几年发展起来的经典的以氨基酸型阴离子表面活性剂为模板合成介孔二氧化硅的方法采用了同时带有正电荷的极性端基以及含烷氧基硅基团的硅烷偶联剂作为助结构导向剂。与以往的阳离子模板和中性模板法相比，以阴离子表面活性剂为模板合成的介孔二氧化硅具有孔道介观结构的多样性，并且能够通过简单的实验方法来实现调控，这是其一大优势所在。但是，目前以阴离子表面活性剂为模板合成介孔二氧化硅的机理还未有相关学者进行深入的研究，并且当前的相关研究仅限于合成纯硅基介孔材料，而对其掺杂改性以及相关应用的研究却很少。
自从1992年mobil公司的科学家发现mcm-41有序介孔材料以来，介孔材料及其相关研究得到了飞速的发展。有序介孔材料是在传统的沸石和分子筛基础上发展起来的，同时也解决了微孔孔道内反应物的尺寸限制问题，为超出微孔孔道尺寸的反应物提供了新的反应场所，使处理大分子或基团和进行生物有机化学模拟等成为可能。除此之外，介孔材料还具有基于微观尺度上的孔道有序性、孔道分布的单一性与孔径尺寸的可调性、基体骨架组成的多样性、良好的热稳定性和水热稳定性以及高的比表面积和孔隙率等，因此在其相关领域的研究和开发对理论研究与实际生产应用均有显著的意义。有序介孔材料的结构和性能介于无定形无机多孔材料和具有晶体结构的无机多孔材料之间，对骨架原子的限制较小，容易进行掺杂、修饰及扩展到其它化学组成。具有周期性结构的介孔材料按它们的组成和结构可被划分为以下几类：1）具有不同孔道网络结构、孔尺寸以及孔体积的介孔二氧化硅材料；2）表面改性的介孔二氧化硅材料；3）无机墙中含有有机成分的介孔二氧化硅杂化材料；4）孔壁中含有其他金属(杂原子)的介孔二氧化硅材料；5）非硅基无机介孔材料；6）非氧化物骨架介孔材料。
介孔材料的优越性在于它具有均一且可调的介孔孔径、稳定的骨架结构、具有一定壁厚且易于掺杂的无定形骨架组成和比表面积大且可修饰的内表面。近年来，由于采用了新的制备方法，使得介孔材料的孔径可在较大范围内人为调控。其中心思想就是利用表面活性剂形成的胶束作为模板，采用所谓的模板机制（templatemechanism）。由于表面活性剂的一端为倾向于贴近水分子的亲水基，另一端是受水分子排斥的疏水基，因此表面活性剂分子倾向于聚集形成胶束以降低能量。胶束形状包括球状、柱状及层状。这些自组装形成的超分子结构成为介孔形成的基础和前提。例如合成m41s系列的介孔材料所使用的模板就是带正电荷的季铵盐类表面活性剂。随着介孔材料研究领域的发展，用作模板剂的表面活性剂的种类实现了多样化，可以是阳离子、阴离子、中性、多电荷、多烷基链甚至是一些高聚物。介孔材料的合成条件也实现了拓宽，可以是强酸性至高碱性的非常宽的ph范围，也可以是从低于室温到高于100℃的温度区间。此外，介孔材料的合成方法也同样得到了丰富和发展。不同的合成体系与合成方法得到了不同孔径尺寸的介孔材料，而对其的化学修饰与改性处理方法也具有多样化。其中包括将无机半导体、有机化合物、金属配合物等物质引入到介孔材料的纳米笼或通道内，或者以其他金属氧化物取代其无机骨架。具体的引入方法包括介孔二氧化硅的表面化学修饰、与孔道内的羟基反应进行直接接枝、在合成中直接引入其他杂原子取代无机骨架、通过离子交换在孔道内表面引入其他金属离子以及大分子在介孔孔道内的镶嵌等。
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
利用氨基酸型阴离子表面活性剂通过ams路径合成有序介孔材料具有很大的优势。包括作为结构导向剂的碳氢链长以及氨基酸端基的类型有多种变化，助结构导向剂的极性端基及烷氧基硅基团的种类也可以有多种选择，反应体系的酸碱程度在很宽的范围内都适用，以及可以非常简易地调控产物的介观结构和微观形貌。然而，ams系列的介孔二氧化硅发展至今，大都是对其新颖结构的合成方法与合成机理方面的研究，并且都是建立在纯硅基介孔材料的基础上。因此，一方面，可以通过改变上述影响其介观结构的因素，对ams合成与结构方面进行进一步的探索，丰富该系列的种类并深化其机理研究；另一方面，为了使ams系列在光、电、磁、催化等领域进行实际应用，有必要对其进行相应的掺杂改性，将客体基团或材料引入介孔孔道组成介孔复合材料。
将客体材料前驱体组装进入介孔孔道形成介孔复合材料的方法有多种多样。在一步法中，由于客体前驱体在介孔骨架中的渗透，很难合成水热稳定性好，有序的介孔结构，而且这种分布使客体材料在孔道中的含量很低，难以真正发挥出纳米孔结构的限制作用和具有纳米尺度的客体材料的特性。浸渍法简单易行，但是不能消除前驱体在介孔材料外表面的吸附，而且客体材料掺杂量低，负载量不可控。电化学沉积法以及化学气相沉积法虽然能够合成出高质量的介孔复合材料，但是该方法对实验操作和仪器设备的要求较高。已报道的成功合成介孔复合体的另一个思路是借助在孔道内引入具有配位能力的基团，或者是借助疏水性金属配体对表面活性剂/介孔二氧化硅进行后处理。因此，合成孔道规整有序，客体材料在孔道中均匀分布，性能优异的介孔复合体的前提是将客体前驱体定向引入介孔孔道。时至今日，还未有从模板剂入手，通过改变表面活性剂的结构使其能够在合成介孔材料的同时定向引入客体前驱物的报道。
基于上述研究背景，本课题的研究思路如下：
