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1.1 介孔材料的概述
1.1.1 介孔材料的简介
根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC)的规定，根据孔径尺寸的不同可将多孔材料分为以下3类：孔径小于小于2nm的微孔材料、孔径处于2nm-50nm之的间介孔材料、孔径大于50nm的大孔材料。如下表1.1所示。
表1.1 多孔材料按孔径进行分类
多孔材料 孔径范围 举例
大孔材料 >50nm 孔径大，分布范围广 多孔陶瓷，水泥
介孔材料 2-5nm 孔径连续可调，孔洞均匀有序 SBA-15，MCM-41
微孔材料 <2nm 孔径较小，有规则孔洞 分子筛、活性炭
介孔材料具有很高的比表面积，其孔径大小连续可调，孔径分布较为狭窄，孔道结构规则有序，这一系列特性使得它能够在很多微孔材料难以完成的大分子吸附、分离，特别是在催化反应中发挥巨大作用。除此之外，介孔材料的有序孔道可以作为“微型反应器”，将纳米级的均匀稳定地“客体”材料组装其中使其成为“主客体材料”，鉴于其主、客体间的主客体效应以及客体材料可能具有的小尺寸效应、量子尺寸效应等，可以将此类介孔材料广泛的应用于光催化、电极材料、化学传感器、光电器件、微电子技术等各个领域中。因此介孔材料从诞生一开始就吸引了国际上材料、物理、生物、及化学信息等多学科研究领域的追捧，目前已成为国际上跨多学科的热点前沿领域之一[1]。
根据介孔材料的化学组分不同，可以将其分为两大类：硅基介孔材料和非硅基介孔材料。其中被研究最多的是氧化硅介孔材料，其孔径分布狭窄，孔道结构规则。MCM-41系列是我们所常见而且熟悉的系列之一，其主要应用是可以对有机大分子进行吸附和分离并且可以作为光催化剂的载体。随着硅基介孔材料的不断研究发掘，非硅基介孔材料也成为了一个新的热门的研究方向，主要包括过度金属氧化物、硫化物和磷酸盐等。相比传统的硅基介孔材料，非硅基介孔材料还有很大不足：热稳定性较差，热处理后孔道受到破坏，合成机制不够完善等。然而，因为非硅基介孔材料的组成成分丰富多样，并且它们一般有着可变的价态，所以会展现出许多硅基介孔材料所不具备的特性，如：催化、光学、分离性能、半导体等，为介孔材料的发展开拓了新的研究方向，新的研究领域，展现出了硅基介孔材料不具备的广阔应用前景。
1.1.2 介孔TiO2材料
20世纪90年代初，美国Mobile公司第一次使用表面活性剂合成出硅酸盐介孔分子筛，这类材料具有很高的比表面和规整的介孔孔道，有利于反应物的扩散，在分子(尤其是大分子)吸附和催化方面引发了诱人的应用前景[2]。随后一些不含硅而具有半导体性能的介孔氧化物也陆续研制成功,在催化氧化\光催化、气体传感器等方面显示出优良的性能[3] ,TiO2就是其中应用领域很广的一类。1995年Ying等[4]使用十四烷基磷酸酯作为阴离子模板剂首次合成了优尔角晶系纯TiO2介孔分子筛，后来又有人以不同的阴离子或中性模板剂陆续合成出介孔分子筛[5]。介孔二氧化钛材料有着很多优良的性能，例如其性质相对稳定、催化活性较高、能量消耗低等。因此介孔二氧化钛材料在空气污染处理、水污染处理、环境保护等大量领域有着光明前景。将TiO2作为光催化剂作用于环境污染处理在近年来也成为了一个研究热点。
由于介孔二氧化钛材料的巨大现实意义，已经有大量的文献对其在不同方面的研究进行了报道。最近，有许多文章对制备不同形貌的二氧化钛材料的方法进行了总结[6]。这些二氧化钛介孔材料的不同形貌有多孔球[7]、、壳体材料、纳米片、纳米棒[8]、多孔钛材料[9]、纤文[10]、纳米管[11]、质子钛酸盐[12]等。如图1.1及1.2所示。这些文章也介绍了一些制备介孔二氧化钛材料的特定方法，如：原子层沉积法、溶胶-凝胶合成法，电化学合成法[13]等。本文主要使用的合成方法是溶胶-凝胶双模版合成复合介孔TiO2膜。也有大量的文献综述了介孔二氧化钛材料在不同领域中的应用：光催化和光电化学[14]、电化学储能[15]、自洁涂料[16]、分子分离[17]等。
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