MCM-41 用途

MCM-41 具有高表面積、規則性孔洞形狀、狹窄的孔洞大小分 佈、大孔體積和可調整孔洞尺寸，高熱穩定性、高化學與機械穩定性 等優良性質，具有許多重要的應用，例如，分子吸附和分離、離子交 換、催化反應和分子模板等。

1.2.1 催化應用

近年來隨著綠色觀念的推廣、環保意識與永續生存發展概念的興 起，傳統當量化學和均相催化製程的用途造成一些限制(如費用、分 離、廢物處置等)。異相催化可在液相或氣相中進行操作，具有分離 簡單、觸媒回收容易及多次使用、減少廢棄物產生等好處³²。

1.2.1.1 正己烷異構化反應

圖1.08 正己烷異構化反應機制³³

Calero等人³³直接加入2-MP =使之氫異構化成2,2-DMB =，推論正 己烷異構化反應機制如圖1.08所示，其中經由Pt催化( 路徑)正己烷 去氫形成烯烴中間體，經由酸性點催化( 路徑)己烯烴中間體，透過 質子化的環丙烷正離子發生異構化，趨向於熱力學平衡，己烯烴中間 體異構物再被氫化生成己烷異構體，或加氫裂解形成丙烯，丙烯再經 由Pt催化被氫化生成丙烷。

1.2.1.2 芳香烴轉烷化反應

重芳香烴含有大量的三甲基苯(trimethylbenzene)，利用甲苯與A9

進行轉烷化反應(Transalkylation)，可以將過剩之重芳香烴轉化成為二 甲苯、苯等高價值化合物，有效提升A9經濟價值³⁴。由於重芳香烴含

有大量的雜質成分，氫離子型沸石觸媒容易受到雜質的毒化，導致活 性衰退。沸石觸媒加入貴重金屬之後，可以提高沸石觸媒對於雜質毒 化的忍受能力，但貴重金屬同時也會催化芳香烴的氫化反應，造成苯 產品純度下降，如圖1.09 所示。

圖1.09 轉烷化反應

1.2.2 介孔材料載體用途

MCM-41的高密度表面羥基提供某些活性基，用來嫁接或固定均 相催化劑(如有機物、無機複合體和有機金屬)。可以採用後合成(post synthesis) 和共凝聚(co-condensation)二種方法將有機功能化合物嫁 接到MCM-41管壁，這種方法將催化活性點做分子階級的分散，形成 所謂的異質化(heterogenization)均相催化劑。將活性點固定在孔洞 內，限制反應在孔洞內發生，藉由中孔內的空間制約反應劑在活性點

的自由度^{35, 36}，可以獲得良好的產品立體選擇性^{37, 38}。

中孔材料在科學研究和實際應用備受矚目，Ariga等人³⁹針對中孔

材料當做載體做了回顧探討，傳統上，中孔材料當做模板製備不同的 中孔金屬氧化物，如TiO2、Ta2O5、Nb2O5、ZrO2、Al2O3和V2O5等。

亦可以利用carbon nanocage及中孔碳氮化物等做為硬模板，以壓印術 方式製備成其他中孔材料。另外發展的元素取代法可以將一些元素直 接取代中孔材料成分，形成具有結構規則性的新材料，如中孔硼氮化 物及中孔碳硼氮化物。除此之外，高功能材料(像生物材料)與中孔結 構結合為一個新的系統，以被廣泛地研究，特別是蛋白質和縮氨酸在 中孔材料的固定，未來在環境和醫療的實際用途有不錯的發展潛力。

1.2.3 其他應用

MCM-41能當作氣相層析的填充物質，將具有高表面積的中孔洞 分子篩填充於管柱中，可依照碳水化合物對質子親和力的不同，將其 分離。此外，藉由化學反應產生共價鍵將一些官能基接於分子篩的孔 壁上以改變其表面特性，以利於分離或催化方面的應用。如利用分子 篩表面Si-OH與含硫的矽烷化合物來製備具有-CH2SH 的孔洞表面可 用來吸附大量的汞；利用含有ethylenediamine的官能基修飾後的中孔 洞分子篩與Cu²⁺配位後可分離水中的陰離子氯化物⁴⁰。