中空介孔硅球的孔结构控制及其纳米Au负载

作     者：汤淳 

作者单位：湖北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨婷婷

授予年度：2018年

学科分类：081705[工学-工业催化] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：聚合物基模板 中空介孔硅球 孔结构 蛋黄壳型 催化 

摘      要：中空介孔SiO2微球具有成本低、生物相容性好、表面易修饰、比表面积大等优点,可作为化学物质、药物和基因等客体分子的载体,但不同客体分子对中空介孔SiO2微球的壳层孔结构有着不同的要求,近年来具有可控孔径的中空介孔SiO2微球的制备及应用备受关注。模板法是中空介孔SiO2微球最常见的制备方法之一,模板来源广泛且尺寸容易精确控制,因此很容易通过模板控制SiO2微球的尺寸与形貌,通过锻烧、刻蚀等手段去掉模板,即可达到调控中空介孔SiO2微球的壳层孔结构的目的。本文以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)修饰的聚苯乙烯胶体粒子p(St-co-DMC)充当模板,在相对温和的反应体系中介导二氧化硅在其表面水解缩合制备了核壳型p(St-co-DMC)@SiO2杂化纳米微球,高温煅烧除去聚合物内核得到中空Si02微球,其中空腔体尺寸约为100 nm,壳层厚度约为5 nm。改变硅源前体的种类,将十八烷基三甲氧基硅烷(C18TMS)与四乙氧基硅烷(TEOS)或四甲氧基硅烷(TMOS)复配使用,减缓硅源前体水解和缩合反应的相对速率,C18TMS的加入在Si-O-Si骨架中引入长链烷基片段,形成更加疏松的SiO2骨架。实验结果表明,C18TMS的加入有助于在SiO2微球壳层形成更大的介孔结构,孔径约在10 nm-16nm范围内可调,并且还出现了大量微孔结构。利用N-3-(三甲氧基硅基)丙基乙二胺(TSD)和TEOS复配,在中空介孔Si02球内表面引入烷氨基团指导氯金酸(HAuCl4)在SiO2空腔内部还原形成直径约为10nm超细Au纳米颗粒,由于纳米Au受限在Si02壳层内部,减少了其团聚和中毒等副反应,回收利用率高。改变HAuC14溶液的浓度(1.0mM、2.0mM和3.0mM)可制备内含单个或多个Au纳米颗粒的蛋黄壳型Au@Void@SiO2。通过4-硝基苯胺的催化反应建立模型,比较分析三种具有不同孔结构的SiO2壳层的Au@Void@SiO2复合微球(SE组、SM+18组、SE+18组)的催化性能。实验结果表明三种蛋黄壳型Au@Void@SiO2复合微球的催化效率均高于相同尺寸、相同当量的Au纳米粒子,对应的反应速率常数k分别为5.06×10-3S-1,4.45×10-3S-1 和 5.35×10-3S-1,且 Si02壳层孔径的增大(SM+18组90%),并且循环5次后依然保持相近的催化性能。