论文部分内容阅读
周期性介孔有机二氧化硅（PMOs）是采用桥联倍半硅氧烷作前驱体，在表面活性剂模板作用下合成的一类新型有机-无机杂化介孔材料。由于其合成思想至少允许将两种不同的功能化单元同步放置在介孔结构中两个空间上相分离的区域—孔壁骨架和介孔孔道，使它在各种新型复合功能材料的研究领域显示出更为广泛的应用前景。显然，若能控制合成具有宏观形貌及尺寸可调的透明PMOs凝胶独石，将较常规的粉体材料具有更好的可操作性，在新型光、电、磁性器件及固体染料激光器、传感器等的研究领域具有重要意义，而目前PMOs材料的合成及应用研究仍局限于粉体或薄膜形貌。基于上述思想，本工作采用商品化的亚乙基桥联倍半硅氧烷作前驱体，在酸性条件下以不同非离子嵌段共聚物类表面活性剂作模板剂，系统开展了亚乙基桥联的透明PMOs凝胶独石的无裂纹化控制制备技术和规律研究，并将具有不同结构和物性的有机染料如罗丹明6G（Rh6G）、7-羟基-4-甲基香豆素（7H4MC）和亚甲基蓝（MB）等采用直接合成的方式引入透明PMOs凝胶孔道，初步研究了染料掺杂后凝胶的光学性能。主要研究结果如下：1、首先以F127作模板剂，通过对合成参数和制备条件的全面筛选和评价，在40℃恒温敞口干燥的条件下首次控制合成了宏观尺寸可随容器形状加以调节的透明PMOs凝胶独石。通过对不同脱模板方法如乙醇萃取，水萃取，焙烧及高氯酸铵氧化等处理后样品的N2吸附和TG分析，发现高氯酸铵氧化法是一种更为有效的脱模板方法，且在脱模板后仍能保持凝胶整体形貌的完整。其N2吸附等温线呈含H2型滞后环的IV型曲线，暗示凝胶可能含有与SBA-16相似的类笼形介孔结构。对Rh6G掺杂后凝胶的UV-vis及荧光光谱研究发现，Rh6G在PMOs凝胶中的二聚倾向明显减弱，发射光谱蓝移。说明PMOs凝胶独石中模板剂的存在有利于染料分子的更好分散和稳定，进而改善材料的发光性能。2、采用P123作模板剂，以甲醇作助溶剂，在14.5-35.5wt%的模板剂浓度范围内控制合成了具有类SBA-15结构的二维六方相亚乙基桥联的透明PMOs透明凝胶独石。将7H4MC香豆素染料引入透明PMOs凝胶独石后的光学性能研究显示，7H4MC/SiO-42比在10-2-10间调节时，随染料浓度的增加，发射光谱仅轻微红移但其发光强度却显著增加。在固定7H4MC/SiO2比为10-3时，发现过高的模板剂浓度反而会因凝胶中染料占比的降低而使发光强度减弱，说明模板剂的存在不仅有利于更高浓度染料分子的分散，而且染料掺杂的浓度与所使用模板剂的浓度间在保证PMOs凝胶独石整体完整的前提存在一定的最佳匹配关系。3、采用Brij56作模板剂，乙醇作助溶剂，在模板剂浓度为5.2-35.5wt%的范围内控制合成了亚乙基改性的PMOs透明凝胶独石材料。研究发现引入长链醇，如丁、戊、己醇或调节其浓度，均可在保证凝胶整体透明完整的前提下，使凝胶的孔径有所增加。MB掺杂PMO凝胶后的紫外-可见及荧光光谱研究结果显示，模板剂的存在同样有助于MB染料分子的高浓度分散，进而使染料分子间二聚的趋势减弱，发射光谱明显蓝移，有助于材料光学性能的改善