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介孔氧化硅材料由于其高比表面积和孔体积、良好的生物相容性、易进行化学修饰等特点,在催化剂载体、药物缓释、传感器、气体吸附等众多邻域有着广泛的应用前景。制备形貌及结构可控的介孔氧化硅以及氧化硅基复合材料是实现其应用的关键步骤。本论文以两性、阴离子表面活性剂复配体系为模板,开展了不同形貌介孔氧化硅以及氧化硅基复合材料的可控制备研究。主要内容如下:
1、在酸性条件下,采用3-磺丙基十二烷基二甲基甜菜碱(DDAPS)和十二烷基硫酸钠(SDS)复配体系,以N-三甲氧硅丙基-N,N,N-三甲基氯化铵(TMAPS)为助结构导向剂制备了具有复杂螺旋形貌的介孔氧化硅管。通过选用不同的助结构导向剂、表面活性剂浓度以及温度等条件,实现了对产物形貌的有效调控。在此基础上,提出了基于“耗尽吸引”的熵驱动模型,对螺旋形貌介孔氧化硅的形成进行了解释。
2、在碱性条件下,采用两性、阴离子表面活性剂复配体系模板法制备了氧化硅空壳结构。实验发现:助结构导向剂的加入可以诱导复配体系的有序聚集体从胶束转变为囊泡;诱导囊泡的稳定性以及助结构导向剂与表面活性剂有序聚集体间相互作用的强弱对产物的形貌以及结构有着重要的影响。在DDAPS-SDS复配体系下,采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和TMAPS混合助结构导向剂可以成功制备孔道平行于轴向排列的棒状介孔氧化硅空壳结构。
3、建立了一种基于两性、阴离子表面活性剂复配体系模板法制备M@SiO2铃铛型复合颗粒的新方法。实验发现纳米粒子对囊泡的形成具有促进作用。在体系中加入三乙醇胺以降低氧化硅成核生长的速率,极大地提高了铃铛型复合颗粒的产率(>95%)。近一步地,利用该软模板法成功制备出多层同心SiO2壳层结构以及具有高比表面积的M@m-SiO2铃铛型复合颗粒。在此基础上,研究了铃铛复合颗粒在催化、微反应器以及其本身作为硬模板来复型制备其它材料的复合结构或空壳结构等方面的潜在应用。