环糊精星形聚合物稳定的纳米金银溶胶的合成研究

论文摘要

纳米金属胶体由于具有许多本体所不具备的独特物理和化学性能,在光学、电学、磁学、催化剂、传感、生物医学等领域显示出了巨大的应用潜力。因此合成方法简便,粒径和形状可控的金属胶体粒子的制备一直是纳米材料科学中富有挑战性的课题。星形聚合物是由化学组成相同的多个线形支链通过化学键连接到同一个中心核上而形成的一类聚合物。近年来,星形聚合物引起了人们的广泛关注。因此,设计新的多臂星形聚合物,开发星形聚合物在材料科学上的应用仍是当前研究的热点问题。环糊精（β-Cyclodextrin,简称β-CD）是一个中空环状低聚糖化合物,具有腔内疏水、腔外亲水的两亲性特点。此外,β-环糊精有许多可以功能化的羟基基团,可以用来制备多臂星形聚合物。聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（PDMAEMA）是一类具有温度敏感和pH敏感的聚合物,广泛用于环境保护、药物缓释和基因治疗等领域。设计以环糊精为核的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯多臂星形聚合物（CD-PDMAEMA）,则可以保留甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和环糊精两种基本结构单元。这种多臂星形聚合物有望在功能方面尤其在纳米胶体的制备上获得更加有意义的结果。基于以上述考虑,本论文在简述纳米金属胶体和有关星形聚合物研究进展基础上,采用原子转移自由基聚合（ATRP）技术,制备了以环糊精为核的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯星形聚合物。然后在CD-PDMAEMA存在下,室温下成功合成了纳米金银胶体,并对其形成机理进行了初步探讨。取得的主要研究结果如下:1、以环糊精溴化物（β-CD-Br）为引发剂、氯化亚铜（CuCl）为催化剂、邻菲罗啉（o-phcn）为配位剂、丙酮和水为溶剂,在25℃下用ATRP合成了以环糊精为核的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯星形聚合物。并经FF-IR、1H-NMR等手段对星形聚合物进行了结构表征。考察了不同反应时间对聚合反应的影响,GPC结果表明所得的CD-PDMAEMA的分子量随时间的增长而增大,所得聚合物的分子量分布都很窄（Mw/Mn＜1.10）。2、以CD-PDMAEMA同时作为稳定剂和还原剂,水为溶剂,在室温下一步法合成了分散性很好、尺寸均匀、粒径大约为10 nm左右的纳米金胶体粒子,并通过UV-Vis、FT-IR、XRD、SAED、TEM和DLS等手段对其进行了分析表征。结果表明,初始溶液中N/Au原子摩尔比率和星形聚合物的初始pH值是影响纳米金胶体制备的重要因素。通过改变N/Au摩尔比率和溶液的初始pH值,可以对纳米金胶体粒子的粒径进行调控,其中初始溶液中N/Au原子摩尔比率为6:1,初始CD-PDMAEMA溶液在中性偏碱性（pH=7～11）条件下制备的纳米金溶胶较佳。3、以CD-PDMAEMA同时作为稳定剂和还原剂,水为溶剂,在室温下一步法合成了分散性较好、尺寸较均匀的纳米银胶体粒子,并用FT-IR,UV-Vis和TEM对其进行了表征。结果表明,初始溶液中N/Ag原子摩尔比率和星形聚合物的初始pH值是影响纳米银胶体制备的重要因素。通过改变N/Ag摩尔比率和溶液的初始pH值,可以对纳米银胶体粒子的粒径进行调控。初始溶液中N/Ag原子摩尔比率为6:1,初始星形聚合物溶液在中性偏碱性（pH=7～10）条件下制备的纳米银溶胶较佳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米金属胶体
• 1.1.1 纳米金属胶体粒子的基本物理效应
• 1.1.2 金属胶体的性质及研究方法
• 1.1.3 纳米金属胶体的制备方法综述
• 1.1.4 纳米金属胶体的稳定性研究
• 1.2 星形聚合物
• 1.2.1 定义及结构特点
• 1.2.2 星形聚合物的制备方法
• 1.3 环糊精分子
• 1.3.1 环糊精分子的结构
• 1.3.2 环糊精星形聚合物
• 1.4 本论文立题依据及设计思路
• 第2章 以环糊精为核的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯星形聚合物的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 β-CD引发剂（β-CD-Br）的制备
• 2.2.4 环糊精为核的PDMAEMA星形聚合物的合成
• 2.2.5 聚合物的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 β-CD-Br引发剂的制备与表征
• 2.3.2 CD-PDMAEMA星型聚合物的结构表征
• 2.4 结论
• 第3章 环糊精星形聚合物稳定的纳米金溶胶的合成与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器与试剂
• 3.2.3 CD-PDMAEMA稳定的纳米金溶胶的制备
• 3.2.4 星形聚合物纳米金复合材料的制备
• 3.2.5 纳米金材料的表征
• 3.2.6 制备过程中纳米金溶胶的pH值和UV-Vis光谱的监测
• 3.2.7 纳米金溶胶的稳定性研究
• 3.2.8 初始溶液中N/Au原子摩尔比率对制备纳米金溶胶的影响
• 3.2.9 聚合物初始pH值对制备纳米金溶胶的影响分析
• 3.2.10 纳米金胶体粒子形成机理研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 UV-Vis光谱结果分析
• 3.3.2 纳米金胶体粒子的形貌及粒径分析
• 3.3.3 XRD和SAED结果分析
• 3.3.4 纳米金粒子的FT-IR分析
• 3.3.5 纳米金胶体的稳定性研究
• 3.3.6 初始溶液中N/Au原子摩尔比率对制备纳米金溶胶的影响分析
• 3.3.7 聚合物初始pH值对制备纳米金溶胶的影响分析
• 3.3.8 纳米金胶体粒子形成机理研究
• 3.4 结论
• 第4章 环糊精星形聚合物稳定的纳米银溶胶的合成与表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器与试剂
• 4.2.3 CD-PDMAEMA稳定的纳米银溶胶的制备
• 4.2.4 纳米银材料的表征
• 4.2.5 制备过程中纳米银溶胶的pH值和紫外可见光谱的监测
• 4.2.6 初始溶液中N/Ag原子摩尔比率对制备纳米银溶胶的影响
• 4.2.7 聚合物初始pH值对制备纳米银溶胶的影响
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 UV-Vis光谱结果分析
• 4.3.2 纳米银胶体的形貌及粒径分析
• 4.3.3 纳米银粒子的FT-IR分析
• 4.3.4 初始溶液中N/Ag原子摩尔比率对制备纳米银溶胶的影响分析
• 4.3.5 聚合物初始pH值对制备纳米银溶胶的影响分析
• 4.3.6 纳米银胶体粒子形成机理研究
• 4.4 结论
• 第5章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的研究成果