新型硅基介孔材料的合成及表征

论文摘要

介孔材料一直是材料领域的研究热点之一。二十年来,人们通过多种方法合成了一系列具有不同组分、形貌、孔结构、孔径大小和功能的介孔材料,同时也对介孔材料的实际应用进行了细致的探索。该类材料的合成与应用在近些年间取得了长足的发展,出现了许多吸引人们目光的新发现和新成果,具有广阔的发展前景。传统的二氧化硅是研究最为广泛和成熟的介孔材料,尤其在有序介孔二氧化硅材料领域,科学家们投入了大量的精力,取得了丰硕的成果。一方而,从介孔材料的结构角度考虑,传统介孔材料的孔道一般为二维管道状或三维球状,而具有螺旋结构的手性孔道亦引起了人们的极大兴趣,因为这种孔道的非对称空间可为多种非对称应用提供合适的场所,因而在手性合成、手性分离以及手性催化等方向有潜在的应用价值。另一方而,从实际应用角度考虑,缺乏特殊物理和化学性质的二氧化硅多孔材料往往不是很好的选择,对其进行功能化改性或者合成非二氧化硅组成的多孔材料是一条很好的解决途径。在多孔二氧化硅材料合成中取得的众多成功经验为其他组分的材料合成提供了宝贵的参考。在本论文中,我们分别合成了螺旋介孔棒材料、具有超大孔径的有序有机硅介孔材料以及具有大孔容高比表而的介孔硅酸钙材料等一系列新颖的材料。在第二章中，为了能够获得对映体过量且具有螺旋形貌及手性孔道结构的二氧化硅介孔材料,我们利用非手性表而活性剂CTAB为模板,通过加入手性助剂扁桃酸,以TEOS为硅源合成了对映体过量的手性螺旋介孔材料。通过选取若干螺旋棒并测量其直径以及螺距,将这两组数据合并作图我们发现这两者之间有明显的数量关系,即螺距与直径的二分之三次方成正比,且作图所得的是一条过零点的直线。同时,我们将这种合成方法进行推广,使用酒石酸作为手性助剂同样可以获得对映体过量的手性螺旋介孔材料。在第三章中,为了能够有效增大有序介孔有机硅材料的孔径,我们采用了低温低酸度联合的合成策略。以具有乙基桥联的有机硅氧烷BTME为前驱体,三嵌段共聚物为模板剂,并添加有机扩孔剂,制备得到了具有超大孔径的立方相介孔有机硅材料。低温有助于扩孔剂分子进入表而活性剂胶束内核从而导向形成大孔材料,但是过低的温度会降低介孔材料的有序度,而在一定范围内降低酸度可以提高材料的有序度,因此,通过这种低温低酸度联合的策略,我们成功地在温度为0℃、酸度为0.1 M HCl的条件下获得孔径高达33.6nm的有序介孔有机硅材料,该孔径是前所知的PMO材料中最大的。在第四章中,我们合成了具有大孔容高比表面积的水合硅酸钙材料,合成过程中不使用表而活性剂,避免了除去表而活性剂造孔这一步骤以及表面活性剂的残留对材料在生物医药领域应用的影响。在制备材料的过程中,通过对室温下水相合成的硅酸钙凝胶进行有机溶剂交换处理,可保留材料的多孔结构。我们对其药物负载性能进行了测试,证明该材料是一种性能良好的药物载体。由于硅酸钙材料中的钙离子与药物分子中常见的羧基官能团之间存在相互作用,因而该材料对含有羧基的药物分子具有良好的吸附性能。另外,我们用廉价的原料硝酸钙以及硅酸钠,采用简便的水热合成方法,亦可制备出具有大孔容高比表面积的硅酸钙材料,并考察了水热合成温度及酸度对材料多孔结构的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 介孔材料
• 1.2 介孔材料的控制合成
• 1.3 介孔材料的应用
• 1.4 论文选题
• 参考文献
• 第二章 对映体过量的手性螺旋介孔材料合成
• 2.1 引言
• 2.2 对映体过量的手性螺旋介孔材料的合成与表征
• 2.3 对螺旋介孔材料螺旋程度的进一步研究
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 大孔径有序介孔有机硅的合成
• 3.1 引言
• 3.2 大孔径有序介孔有机硅的合成
• 3.3 介孔有机硅材料大孔径形成原因分析
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 无表而活性剂体系多孔水合硅酸钙材料的合成及应用
• 4.1 高孔容水合硅酸钙材料的合成及其用做药物载体的性能研究
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 实验及表征方法
• 4.1.3 结果与表征
• 4.1.4 本章小结
• 4.2 水合硅酸钙材料的水热合成研究
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 实验及表征方法
• 4.2.3 结果与表征
• 4.2.4 本章小结
• 参考文献
• 附录
• 致谢