弱酸性体系3D立方Pm-3n结构硅基介孔材料的控制合成

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:neithernor86
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与2D六方p6mm结构的一维孔道相比,3D立方Pm(3|-)n结构硅基介孔材料所具有的三维含笼孔道特征将更有利于客体分子的扩散和迁移,因此在催化、吸附及药物控释等诸多领域已显示出更为广泛的应用前景。然而在其合成时所使用的强酸性介质,不仅污染环境,也不利于各种活性金属在介孔骨架中的直接高效掺杂,更无助于蛋白质或酶等具有生物活性的大分子在孔道中的原位封装,而由弱酸提供的相对温和的酸性介质又很难形成有序的介孔物相。针对上述缺陷,本工作分别在磷酸(p H<2)和醋酸(p H>2)所提供的温和酸性介质中,通过引入仅能改变合成体系离子强度而不影响介质p H的无机钠盐(Na Y,Y=Cl-、SO42-、Br-和 NO3-)以诱导硅酸盐物种的缩合,在十六烷基三乙基溴化铵(CTEABr)存在下的温和酸性体系中首次成功控制合成了高质量3D立方Pm(3|-)n结构的硅基介孔材料,并对各种合成参数变化对最终物相结构的影响规律进行了全面系统的研究。所获得的主要结果如下:1、在TEOS-CTEABr-Na Y-H3PO4-H2O体系中(p H<2)通过调节钠盐的种类和浓度,于室温(18℃-28℃)静置条件下首次成功合成了具有3D立方Pm(3|-)n结构的高质量介孔二氧化硅材料,研究发现:硅酸盐-表面活性剂胶束界面区域内存在的各种反离子促进硅酸盐物种的缩合并提供了操控最终介孔物相结构的机会,而与所使用酸的强度没有直接的关联。依据所用钠盐中阴离子种类和浓度的不同,具有3D六方P63/mmc,3D立方Pm(3|-)n和2D六方p6mm结构的介孔二氧化硅物相可被控制合成,但仅仅在Na Cl和Na2SO4存在的反应体系中可控制形成高质量的3D立方Pm(3|-)n物相结构,而在采用Na Br或Na NO3诱导硅酸盐缩合时,在相同的模板剂体系中则仅能形成有序的2D六方p6mm物相结构,其原因可能是钠盐所提供的反离子依SO42-<Cl-<Br-<NO3-次序引起表面活性剂堆积参数g值的增加,并因此控制最终介孔物相的结构。2、在TEOS-CTEABr-Na Y-HAc-H2O体系中(p H>2)通过调节钠盐的种类和浓度,我们获得了与在H3PO4体系中基本相似的合成结果,说明硅酸盐物种与表面活性剂胶束模板间自组装形成的介孔物相结构与其静电组配的方式无关,即与在磷酸体系p H<2时的S+X-I+组装方式和醋酸体系p H>2时的S+I-组装方式无关,而取决于阴离子对表面活性剂胶束曲率的影响,球形胶束所具有的高表面曲率将有助于Pm(3|-)n结构的形成。然而,由于酸性质的差异却导致了最终所形成的3D立方Pm(3|-)n物相介孔二氧化硅具有完全不同的宏观形貌特征。本研究所提出的温和制备方法,不仅降低了3D立方Pm(3|-)n物相介孔二氧化硅材料的合成难度,为这类具有特殊三维含笼孔道结构介孔材料的进一步改性和功能化应用研究提供了新的途径,同时也为我们从新的角度认识介孔材料合成中硅酸盐物种与表面活性剂胶束间自组装所形成介观物相结构的关键控制因素提供了实验的依据。
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