[发明专利]制备钒硅酸盐分子筛的新型方法和新型的钒硅酸盐分子筛

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备钒硅酸盐分子筛的新型方法，和用所述相同方法制备的钒硅酸盐分子筛及其衍生物。

背景技术

一维（1D）半导体量子限制材料的合成与表征较为重要，这是由于其具有用作纳米级电子器件和其他新型应用的构件块的巨大潜力（见参考文献1-9）。在已知的1D半导体材料中，分子线或者量子线（参见参考文献1-5）是最薄的1D量子限制材料。然而，该量子线的实例极少。最近，本发明者已阐明钛酸盐（TiO₃^2-）量子线的令人关注的量子限制特性（参见参考文献10），该量子线有规则地定位在称为ETS-10的钛硅酸盐分子筛中。其甚至在长于50nm的长度范围上仍显示长度依赖性量子限制效应（参见参考文献10-13）。沿着量子线估算的激子有效约化质量（μ_z）小于0.0006m_e（m_e=电子静止质量），其比最小报道值（InSb：0.014m_e，单壁碳纳米管：0.019m_e）小得多，该结果表明沿着钛酸盐量子线的激子迁移率比InSb（0.014m_e）和单臂碳纳米管（0.019m_e）的高的多。钛酸盐量子线的电子吸收的特性是氧化物至Ti^IV电荷转移或配位体至金属电荷转移（LMCT）（参见参考文献14-16）。钛酸盐量子线的伸缩频率随着线的电子密度的增加而增加（参见参考文献14）。

阐明钛酸盐量子线的这些重要性质后，将关注于是否能阐明紧密相关的钒酸盐（VO₃^2-)量子线的物理化学性质。在此意义上，Rocha，Anderson和共同工作者在1997年发现钒硅酸盐AM-6（下文称为“AM-6-(RA)”）极为重要，这是由于其采用包括置换钛酸盐（TiO₃^2-）量子线的钒酸盐(VO₃^2-)量子线的ETS-10结构的原因（参考文献17）。然而，ETS-10晶体需要用作籽晶以诱导钒硅酸盐中的ETS-10结构。因此，AM-6-(RA)不可避免地在AM-6内含有EST-10晶体。在此方面，AM-6-(RA)应更严格地定义为具有ETS-10核/AM-6壳的结构。此外，Lobo，Doren及共同工作者显示了AM-6-(RA)中的VO₃^2-量子线由V⁴⁺和V⁵⁺构成（参见参考文献18-20）。因此，本质而言，不可能阐明纯V^IVO₃^2-量子线的物理化学性质。此外，其程序始终同时产生大量石英。在此意义上，长期需要用以制备不含ETS-10的纯AM-6的方法。

在报道AM-6-(RA)之后的12年，Sacco，Jr.及其共同工作者最终开发出一种合成不含ETS-10的纯AM-6的方法（参见参考文献21）。然而，Sacco，Jr.小组需使用四甲基铵离子（TMA⁺）作为结构导向剂。因此，该AM-6在通道内含有TMA⁺离子。本文中，AM-6将称为“AM-6-(S)-TMA”。本发明者发现，AM-6-(S)-TMA也含有V⁴⁺和V⁵⁺（参见下文）。此外，TMA⁺离子紧密封于通道中且完全阻断二氧化硅通道。因此，其他原始阳离子（Na⁺和K⁺）与其他阳离子的离子交换非常困难（见下文）。且使其不可适用于研究纯V^IVO₃^2-量子线或者纯V^IV钒硅酸盐分子筛的重要物理化学性质。Sacco，Jr.小组在约350℃到400℃下用NH₃气体处理AM-6-(S)-TMA约3到4小时以移除TMA⁺离子。该苛刻条件破坏了所有钒酸盐(VO₃^2-)量子线，这是由于其在高于约180℃的温度下在真空中不稳定（见下文）。下文中，经过NH₃处理的AM-6-(S)-TMA将称为“AM-6-(S)-NH₃”。