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金纳米粒子作为一种较好的经典纳米材料是光学、电子、催化和生物医药等方面的研究和应用热点。嵌段共聚物胶束具有丰富的立体结构形态和内部明确的微相分离结构,是一种理想的金纳米颗粒载体。近年来,随着嵌段共聚物胶束化在理论方面的不断完善和实验技术上的不断发展,制备具有特殊微结构的聚合物胶束以及以胶束为基元的新型有机无机功能复合材料的研究成为新的热点。基于上述研究背景以及发展新趋势,我们使用不同结构和功能的嵌段共聚物胶束为模板,制备了新型的功能性复合胶束。本论文的研究内容主要包括以下四个方面：
1)PS49-b-P4VP53嵌段共聚物在酸性水溶液中(pH=2)通过自组装形成PS为核、P4VP为壳的球形胶束。以所制得的胶束为模板,用NaBH4还原HAuCl4和胶束混合溶液,得到了PS为核、P4VP/Au为壳的复合胶束。研究表明,该复合胶束在对硝基苯酚的催化还原反应中表现出较高的催化活性。反应属于动力学-级反应,反应速率随着体系温度的升高和催化剂浓度的增大而增加。此外,含金纳米颗粒较多的复合胶束表现出较高的催化效率。胶束作模板的优点是其球形表面比平面具有更大的比表面积,可以更有效地负载金纳米粒子。表面带金纳米粒子的复合胶束有利于反应物更快地与金纳米粒子接触和产物更快地离开,因而克服了通常金纳米粒子被载体包埋而导致催化活性大大降低的缺陷。
2)利用金纳米粒子和特定嵌段的作用,将一种两嵌段共聚物胶束和另一种两嵌段共聚物分子连接在一起,合成了新型核-壳-冠三层结构的复合胶束。首先将PS109-b-P4VP61两嵌段共聚物在酸水(pH=2)中自组装成以PS为核、P4VP为壳的胶束。然后,先后加入HAuCl4和PEG114-b-P4VP52得到三元混合物溶液。在NaBH4的还原下,以PS为核、P4VP/Au为壳、PEG为冠的复合胶束在溶液中形成。该复合胶束的壳具有pH敏感特性：在pH为2时,P4VP亲水,金纳米粒子疏水,该复合胶束的杂化壳层处于溶胀状态；在pH大于7,杂化壳层塌缩到PS核上。利用壳层的结构特性,该复合胶束可以可控地与外界环境进行物质交换。与核-壳复合胶束类似,核-壳-冠复合胶束催化的对硝基苯酚还原反应为一级反应动力学,反应速率随温度和催化剂浓度的增加而增大。
3)由具有混合壳的三嵌段共聚物胶束为模板合成了表面含金纳米粒子的另一种智能型核-壳-冠三层复合胶束。三嵌段共聚物PEG114-b-PS83-b-P4VP38在酸性水溶液中(pH=2)形成以PS为核、PEG/P4VP为混合壳的胶束。以所制得的胶束为模板,用NaBH4还原HAuCl4/胶束溶液,得到了PS为核、P4VP/Au/PEG为壳、PEG为冠的复合胶束。该复合胶束具有溶胀的杂化壳层,其溶胀度可以通过pH条件的改变加以调控,但流体力学直径在酸碱环境中不发生变化。在碱性条件下,P4VP/Au疏水而PEG亲水,PEG与P4VP/Au之间形成通道。表面具有通道结构的这种复合胶束较同样条件下金纳米粒子在核上的核-壳型复合胶束表现出更好的催化性能。
4)由温度敏感的两嵌段共聚物胶束为模板合成了金纳米粒子在外壳的空心复合胶束。在室温下,将二嵌段共聚物P(tBA0.53-co-AA0.47)147-b-PNIPAM68直接溶于pH为10的水中得到以PtBA为核、PAA/PNIPAM为混合壳的空心胶束。以空心胶束为模板,采用原位还原合成方法得到了PtBA为核、PAA/Au/PNIPAM为外壳的空心复合胶束。该复合胶束的表面等离子共振吸收随着温度的上升发生蓝移,催化活性则随温度发生先升高、再降低,然后再升高的趋势。这些独特的性能可使其在温度传感及可控催化方面展现出较好的应用前景。