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多孔材料吸引了科学界越来越多的关注,其中介孔材料是孔径位于2～50纳米范围内的一类多孔材料。介孔材料具有规整排列的孔结构,分布均一且大小可调的孔径,以及极高的比表面积和孔体积,因而在吸附分离,异相催化,药物传输,生物传感器以及能源存储等方面有着广泛的应用前景,是材料研究领域的热点之一。近年来,介孔二氧化硅材料的合成已得到了迅猛的发展,人们可以根据所需要的功能,通过多种方法,设计合成得到不同孔径、孔结构、孔壁组成以及宏观形貌的介孔氧化硅材料。然而,对具有特殊螺旋形貌的介孔氧化硅材料的形成机理仍存在争议,如何更好地利用“‘手性’价孔材料,开拓介孔材料的新功能也需要进一步探索。针对上述问题,本论文开展了如下几方面的研究。首先,我们考察了螺旋介孔二氧化硅材料的形成机制,提出了一种热力学模型来解释其手性螺旋结构,为此类材料的设计合成提供了理论基础和新的合成思路。其次,针对介观尺度的螺旋手性与分子尺度手性之间的差异,我们设计合成了孔壁中含有手性配合物的介孔氧化硅材料,并考察了其不对称催化活性。最后,针对目前介孔材料主要利用其较大孔径,而孔径较小的材料功能研究较少的现状,合成了孔径仅为1.8 nm的介孔氧化硅SBA-3,探索了其在疏水抗癌药物增溶方面的应用。在第一章中,对介孔材料的合成方法和形成机理进行了综述,并重点介绍了螺旋介孔材料的研究现状。对介孔材料形成机理的深入探讨,有助于更好地理解该类材料合成条件和所得结构的关系,从而有针对性地设计合成,得到预期的理想产物。此外,虽然大量新颖的介孔材料的合成及表征己见报道,但如何利用其特殊的结构产生需要的功能还有待进一步拓展。根据拟研究的内容,本章着重介绍了介孔氧化硅材料在催化和药物控释方面的应用。在第二章中,以非手性表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵为模板剂,全氟辛酸为助剂,合成了具有手性孔道的外消旋螺旋棒状介孔二氧化硅材料。我们提出了新的模型,从热力学的角度来解释由规整六方排列的胶束转化而来的螺旋结构,并成功地预测了其平衡状态。从螺旋棒的宏观形貌的尺度上出发,通过其螺旋过程中表面能缩减和扭转能增加之间的竞争,来解释这种螺旋结构的形成过程。通过将一根实际的螺旋棒还原为对应的直棒,然后定量计算其扭转过程中两种互相竞争的能量随扭转角的变化,最终得到扭转过程中的自由能变化曲线。由此,我们可以预测螺旋棒的热力学平衡状态及其位于平衡时的结构参数,而理论预测的平衡态参数与实验结果非常吻合,且该理论模拟在不同的模板剂合成体系中都取得了成功。用此模型还能成功地解释在先前研究中实验观察到的螺旋介孔材料螺距和半径的经验关系。我们的研究为探索介观螺旋材料的形成提供了一种全新的理解方式。在第三章中,用非离子型表面活性剂P123为模板,以四甲氧基硅氧烷和3-氨丙基三甲氧基硅氧烷为混合硅源,通过一步反应,得到墙壁中固定有不对称催化活性配合物左旋酒石酸钛的SBA-15型介孔氧化硅材料。测试结果表明,通过左旋酒石酸钛配合物中的羧基与氧化硅墙壁中氨基之间的离子键作用,酒石酸钛可嫁接在氧化硅墙壁中,合成体系的pH值以及有机硅源的加入量可影响产物结构及配合物负载率。该方法无需额外对手性化合物、硅源或氧化硅材料进行处理,一步即得到可用于不对称催化的异相催化剂,合成步骤简便,易于规模化生产,在理论和实际方面都具有重要意义。在第四章中,详细研究了第三章中合成所得材料的异相催化性质,用负载有酒石酸钛的介孔氧化硅材料催化了前手性硫醚不对称氧化生成手性亚砜的反应。结果表明,利用一步合成法得到的材料可以成功地催化硫醚的不对称氧化反应,具有良好的选择性(91-96%)和较高的转化率(反应9小时转化率92%),对映体过量值与均相反应类似(8%)。与已报道的MCM-41型材料相比,该材料的催化活性更高。更重要的是,循环催化实验的结果表明,该催化剂在重复使用四次之后,反应活性没有降低。通过电感耦合等离子体发射光谱,红外傅里叶变换光谱及能量色散X射线分析的检测结果,发现反应前后材料中酒石酸和钛的含量被证实没有变化,表明催化活性组分酒石酸钛配合物在反应中不会被洗脱。我们的工作表明该类异相催化剂具有较大的实际应用前景。在第五章中,利用介孔材料所提供的限制空间,限制疏水抗癌药物喜树碱晶体颗粒的生长,以改善其溶解性,提高生物利用度。根据Ostwald-Freundlich方程,物体的溶解度会随着颗粒半径的减小而增大。当颗粒大小达到纳米级别时,这种效应尤为明显。我们通过将药物溶液与介孔材料混合后挥发溶剂的方法,将喜树碱负载在材料的纳米孔道内。在磷酸缓冲溶液中药物释放的结果表明,当使用孔径为1.7 nm的介孔材料SBA-3时,喜树碱的溶解度有了显著提高。在释放12小时后,其浓度达到8μg/ml,是未经负载的喜树碱在磷酸缓冲液中溶解度(～2μg/ml)的四倍。该过饱和溶液可以在六天内保持稳定。对细胞JEG-3的体外生长抑制实验表明,过饱和的喜树碱溶液相对于普通喜树碱溶液对人类胎盘绒毛癌细胞JEG-3的生长有着更强的抑制效果。我们的方法为解决难溶抗癌药物生物利用度低的问题提供了一个普适的解决方法,有着很高的应用价值。