有序介孔材料的物化性能独特[27-29]，表现在其表面非常大，一般大于
1000m2/g；介
孔孔径非常均匀，其孔径变化在2～50nm之间。
十几年来，介孔材料在催化领域已有广泛的应用，如已在石油加工过程、精细化学
品的转化、特别是有大分子参加的催化反应中显示出特别优异的催化性能。
在石油加工过程中，传统催化材料一般为微孔沸石，如Y型、ZSM-5型分子筛。但
是，随着石油资源在世界范围的日益衰枯和原油中重油成分的逐渐加大，传统的微孔分
子筛催化材料由于孔径较小，重油分子不能进入孔道，从而限制了催化反应的进行。有
序介孔材料则提供了介孔的孔道结构，这对于重油分子的催化转化提供了一个很好的机
遇，目前世界上有相当部分科学家在致力于这一方面的研究[29]。例如，利用
Al-MCM-41
作为加氢裂化或加氢脱硫和脱氮催化材料，且显示出比传统微孔晶体更优异的催化性能[30]。
在精细化工过程中，例如绿色催化氧化反应中，传统的催化剂为TS-1分子筛，但是
由于其孔道在5-6?之间，仅可以对苯和苯酚等进行催化氧化，而对于大多数大分子的催
化氧化反应却无能无力，有序的介孔钛硅材料则提供了一个很好机会进行大分子的催化
氧化，这对于精细化学品的生产，特别是某些制药工业中中间体的生产十分重要。例如，
在松油醇的催化氧化中，Ti- MCM-41显示出比钛硅微孔分子筛晶体更优异的催化性能[29]。
然而，另一方面，有序介孔材料的水热稳定性和催化活性与常规的微孔分子筛晶体 16 相比，仍然较低。为了解决这些问题，近年来，世界各国科学家都大量致力于此工作。
例如，为了提高介孔材料的水热稳定性，人们采用在合成MCM-41的过程中加入无机盐[31]和加强后处理方法[32,33]、使用三嵌段共聚高分子模板剂来合成厚壁介孔分子筛[28]、使
用中性表面活性剂来合成介孔分子筛材料[34]、混合模板剂[35-37]和高温合成等方法[38]。这
些方法尽管提高了水热稳定性，但是它们的催化活性中心与微孔分子筛相比仍然存在着
很大差别。最近，人们通过具有微孔晶体初级和次级基本单元的纳米粒子与表面活性剂
胶束自组装制备出新型有序介孔材料，一方面提高了水热稳定性，另一方面也提高了催
化反应中心的催化活性[39-41]。例如在三甲基苯酚催化氧化生成三甲基苯二酚（制备维生
素E的中间体）的反应中，新型介孔钛硅材料（MTS－9）显示出比Ti-MCM-41和TS-1
更优异的催化性能[41]。
介孔材料在高新技术领域的潜在应用较广。如在生物和医药领域中应用于酶、蛋白
质的固定和分离，细胞/DNA的分离以用于构建微芯片，用于控释药物；如在环境治理
和保护领域中用于降解有机废料，用于水质净化和汽车尾气的转化处理等。在高新技术
先进功能材料领域用于储能材料，用于具有功能的化学个体在介孔材料中的组装，诸如，
在介孔材料中组装上可以发射激光的某些组分，以制备激光材料[42,43]；组装光学活性物
种，充分利用介孔材料的大表面积的优点，制备出比常规光学材料更优异的新型介孔结
构的光学材料；介孔材料的光学应用，2000年Stucky G. D.等已专文作过综述[44]。在均
匀的介孔孔道中进行高分子聚合，在通过化学方法除掉无机介孔孔壁后，可形成具有规
则介孔孔道结构的导电高分子材料[45]。利用有序介孔材料作为模板，在经过与糖类化合
物充分混合后，进行碳化和一系列处理，在溶解掉无机介孔孔壁后可制备出新型的有序
介孔碳材料[46]，利用介孔碳材料作为燃料电池的电极，显示出比常规燃料电池更优异的
性能[47]。利用纳米介孔材料规整的孔道作为“微反应器”和它的载体功能，合成出异质
纳米微粒或量子线复合组装体系具有特别的优势。由于孔道尺寸的限制与规整作用而产
生的小尺寸效应及量子效应，已观测到这类复合材料体系可显示出特殊的光学特性与电、
磁性能，例如经过改性的介孔氧化锆材料显示出特殊的室温光致发光现象。这些都可为
介孔及其复合材料在光学微器件、微传感器等领域开展应用研究探索，进行相应的开发。
对比碳纳米管，氧化硅及非硅体系的介孔材料具有丰富的表面化学活性，利用介孔
的有序孔道作为“微反应器”，在其中组装纳米尺度、均匀的“客体”材料，通过与介孔
主体的相互作用而产生的主－客体效应，拓宽它们的应用领域。选用具有良好稳定性的
介孔分子筛为主体材料，在其孔道中制备Si、BN、SiC、AgI、AlN等无机光电纳米材料
以及Ni、Cu、Co等过渡金属巨磁阻材料。以及将宽禁带的ZnO、ZnS、CdS等半导体团
簇组装于介孔结构中，由于强烈的主－客体效应和量子尺寸效应，大幅度地增强了荧光
发射强度，在发光和光电子领域会有好的应用前景。
由于介孔材料在分离提纯、生物材料、化学工业、催化、信息通讯、环境、能源、
新型组装材料（或作为纳米反应器制备具有特殊光、电、磁等性能的新型纳米材料等）
等领域具有种种潜在的用途，尤其是介孔和大孔分子筛在生物科学如蛋白质的固定和分
离、生物芯片、生物传感器、药物的包埋和控释等方面具有广阔的应用前景。可望得到
更多更优异的实用品种，以满足更高更广泛的需要。完全有理由相信，随着研究工作的
进一步深入，根据实验需要人们将能设计并合成出更多性能优异的介孔材料，介孔材料 17 将在二十一世纪材料科学的发展中发挥更重要的作用。 第三节 分子筛与多孔材料化学的发展 半个世纪以来， 随着多孔物质类型与品种的不断扩充与发展，应用领域的拓宽与需
求的增加，研究领域与学科间交叉与渗透的日益加强与深化，研究方法与现代实验技术
的进步与精化，大大推动了分子筛与多孔材料化学内涵的深入与学科面的拓宽。下面以
分子筛与多孔材料化学中的两个重要分支领域为例来看其科学问题的发展。
1．3．1．从造孔合成化学向多孔材料的分子工程学的发展
1968年在伦敦举行第一次国际沸石分子筛会议（International Zeolite Conference
–IZC）是国际上首次以沸石－微孔硅铝酸盐为对象的关于多孔物质的大型学术会议，系
统的讨论沸石的科学问题。 由于当时仅发现了一批天然沸石与合成成功了二十余种人工
沸石， 因而有关沸石合成的科学问题主要集中在以硅，铝为组成元素的微孔物质的生成
规律上， 主要是合成条件对合成反应与合成产物生成的影响规律（如晶化区域相图， 晶
化动力学曲线等）。三十多年来， 由于微孔物质类型，组成与结构的大幅增长诸如成孔
的组成元素已由Si，Al二个增加到超过三十余个， 分子筛的独立结构已达145种（2003 年），而形形式式的微孔化合物的结构就不计其数了。就是在这种背景下，总结造孔合成
化学规律， 深入研究与探索相关的科学问题诸如反应物中间态与产物的结构；反应物间
的聚合反应，溶胶与凝胶结构和其间的相变；成核与晶化；模板效应与结构导向理论，
介稳态与转晶，晶体生长与聚集形态等等。 在下列相关学科：无机合成与制备化学，水
热与溶剂热化学，溶胶－凝胶化学，晶化理论和晶体生长科学与技术，主－客体化学与
最近发展起来的组合化学等支撑的基础上逐步在形成多孔物质的合成化学或我们称之谓
“造孔合成化学”这一新兴的学科与研究领域。
另一方面， 化学最重要的任务是创造新物质。合成与制备化学是化学学科的核心。
它总是处于发展的前沿。在变革分子的过程中，化学形成了“合成—结构—性能”的研
究模式，随着科学技术不断增长的需求。探索减少筛选新物质盲目性的途径，发展定向
的、高效的、环境友好和原子经济的合成方法已成为本世纪化学发展的关键问题之一。 随
着化学与相邻学科对分子的掌握日益得心应手，分子设计和分子工程应运而生。 近年来，
国内外在化学、材料科学和生命科学中都已越来越重视分子设计和分子工程，并已不乏
成功事例，标志着化学正步入人们向往已久的分子工程学阶段。
分子工程学有别于传统化学的特点之一是“逆向而行”，即以功能为导向，进行结
构的设计，重视基本结构单元和构件的形成和组装规律，借助计算机模拟技术，逐步实
现对特定功能与结构的化合物及材料进行定向合成。某种意义上说，分子工程学就是定
向设计合成与组装的化学。科学的逆向问题往往是从新的视角和思路提出新的科学问题。
分子工程学对化学最有益的冲击在于开阔了它对性能、结构和合成三方面的视野。化学
会更多注意功能—结构—合成的关系，它会更好地认识到分子结构以外的结构类型与层
次， 它也不会把制备工作过多地局限在单个化合物的合成上。
以微孔化合物为代表的多孔物质由于孔道结构极其规整，且已在大量结构分析的基 18 础上对其骨架结构特征，构筑骨架的基本结构单元（SBU），SBU间的联结与其中结构
导向剂的存在与键合等等的规律有相当深入的认识。其次，在半个多世纪实践经验的基
础上对造孔合成规律与晶化理论等认识也已比较系统。再加上在广泛应用研究的基础上，
人们对相关应用的功能规律以及分子在不同结构特点的孔道内的运动与进行催化反应的
规律认识也已有相当的深度。因此与其它任何类型的材料来比较，以分子筛材料为代表
的多孔物质，人们对其功能—结构—合成关系的认识是比较最系统与深入的。因此在计
算机的辅助下，根据特定的功能要求出发，进行理想孔道结构模型的设计，然后再借助
结构数据库的帮助在计算机辅助下来选择基本结构单元（或基块）与构筑理想模型，研
究其稳定存在的条件，最后再借助合成反应数据库或其它理论规律的指导，选择合成方
案和合成条件借助组合合成方法进行定向合成。目前国际上已有一些研究集体（包括我
们实验室）在进行这方面的研究。且在某些环节上已获得不少可喜的成果。当然这方面
还有相当长的路要走。然而从科学发展的角度来讲，已将造孔合成化学的发展方向与研
究内容推向到又一个高度。且会在这一新兴的研究领域涌现出更多有挑战性的科学方向
与科学问题。
1．3．2．多孔催化研究领域的发展
首次在工业上将分子筛应用于催化领域是1959年美国联合碳化物公司将Y型沸石
基催化剂应用于异构化反应，接着1962年美国Mobil公司将X型沸石应用于催化裂化，