碳硅烷类硅源制备有机杂化中孔有序SiO2的研究

论文摘要

中孔材料作为一类新型材料引起了研究者的广泛关注。中孔二氧化硅具有许多独特的性质并在催化，分离，主客体分子识别，光电材料，生物材料等领域具有广阔的应用前景。通过对中孔二氧化硅的改性，可以实现对其表面性质（内表面及外表面）的调控，还可以增强其水解稳定性，从而拓宽其应用范围。共水解的方法可以通过对硅源物质结构的控制来改变材料结构，实现材料结构的灵活设计，还可以引入活性潜在反应位点，为中孔材料进一步的功能化研究奠定基础。本文首先以TEOS为硅源，分别以CTAB和EO20-PO70-EO20嵌段共聚物为模板剂，水解制备了得到比表面积为1120m2有序中孔二氧化硅，并用N2吸附，XRD和HTEM对材料的结构进行了表征。结果表明这种中孔材料具有高比表面积，均一的孔径分布和规整有序的孔道排布。论文还研究了以甲基三乙氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三乙氧基硅烷自身及其分别与TEOS混合物三为硅源，使用CTAB和EO20-PO70-EO20两种模板，水解制备含甲基、端乙烯基和端γ-（2，3-环氧丙氧）丙基的有机基团杂化中孔二氧化硅的有关规律，并用N2吸附—脱附，XRD和FT-IR对所得材料进行了表征。研究表明CTAB是这类硅源的良好模板，通过共水解的方法，可以将有机官能团引入材料内部，但随硅源中有机组份含量的增加，样品的有序度下降，孔径分布均一度降低，其中以甲基三乙氧基硅烷和TEOS（3：1）为硅源制备得到了比表面积高达1272m2的多孔材料，但孔的有序度很低。通过交替进行烯丙基化和硅氢加成反应合成了第0代（G0）到第3代（G3）新型以二苯基为核以及以苯基为核的G0和以甲基为核G0的端烯丙基碳硅烷树枝状化合物，并对其外围进行了乙氧基功能化研究。论文首次研究了该类碳硅烷型树枝状化合物硅源在模板表面的组装、水解制备中孔有序杂化材料的有关规律，并制备得到几种新型有机—无机杂化中孔二氧化硅，并利用N2吸附—脱附，XRD，FT-IR和HTEM等手段对材料的结构进行了表征。研究表明，由于二苯基的存在，纯的二苯基的树枝状化合物很难在模板表面有序组装，试验未能得到目标产物，但采用甲基及苯基为核的G0代树枝状化合物与TEOS为硅源成功制备得到了5种新型有序中孔杂化SiO2。该项研究将树枝状化合物的结构优势、功能特点与中孔二氧化硅结构特点融合起来，在提高材料有机含量的同时，保持了中孔材料高的有序度。利用新型硅源特别是烷氧基功能化的树枝状化合物硅源制备有序中孔杂化SiO2是有序中孔杂化材料制备的一种新的尝试，通过对硅源物质和水解条件的控制实现了对中孔材料结构的调整，研究结果还为硅源物质在模板表面自组装机理研究提供了试验数据，为中孔材料应用研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 多孔材料
• 1.2 有序中孔二氧化硅
• 2的制备方法'>1.2.1 有序中孔SiO₂的制备方法
• 2的合成机理'>1.2.2 有序中孔SiO₂的合成机理
• 1.3 有机—无机杂化的有序中孔二氧化硅
• 1.3.1 嫁接法
• 1.3.2 共水解法
• 1.4 树枝状化合物及其用作制备有机杂化中孔二氧化硅的硅源
• 1.4.1 树枝状化合物的合成
• 1.4.2 树枝状化合物的功能化并作为制备中孔二氧化硅的硅源
• 1.5 本研究工作的提出及主要研究意义
• 第二章 有序中孔二氧化硅的制备和表征
• 2.1 实验原料和仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 以CTAB为模板制备有序中孔二氧化硅
• 2.2.2 以PEO-PPO-PEO嵌段共聚物为模板制备有序中孔二氧化硅
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 以CTAB为模板制备的有序中孔二氧化硅
• 2.3.2 以PEO-PPO-PEO为模板制备的有序中孔二氧化硅
• 2.4 本章小结
• 第三章 端有机基团"单联"杂化有序中孔二氧化硅的制备和表征
• 3.1 实验原料和仪器
• 3.2 端有机基团"单联"杂化有序中孔二氧化硅的制备
• 3.2.1 以CTAB为模板制备端有机基团"单联"杂化中孔二氧化硅
• 3.2.2 以PEO-PPO-PEO嵌段共聚物为模板制备端有机基团"单联"杂化中孔二氧化硅
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 端甲基"单联"杂化中孔二氧化硅
• 3.3.2 端乙烯基"单联"杂化中孔二氧化硅
• 3.3.3 端γ-（2,3-环氧丙氧）丙基"单联"杂化中孔二氧化硅
• 3.4 本章小结
• 第四章 树枝状化合物为硅源制备有机杂化中孔二氧化硅的初步研究
• 4.1 实验原料和仪器
• 4.2 以二苯基为核的树枝状化合物为硅源制备有机杂化中孔二氧化硅
• 4.2.1 以二苯基为核的端烯丙基碳硅烷型树枝状化合物的合成
• 4.2.2 以二苯基为核的外围乙氧基功能化的碳硅烷型树枝状化合物的合成
• 4.2.3 有机-无机杂化中孔二氧化硅的制备
• 4.2.4 结果与讨论
• 4.3 以苯基为核的树枝状化合物为硅源制备有机杂化中孔二氧化硅
• 0（Ph）的合成'>4.3.1 树枝状化合物G₀（Ph）的合成
• 0（Ph）-OE_t的合成'>4.3.2 树枝状化合物G₀（Ph）-OE_t的合成
• 4.3.3 有机-无机杂化中孔二氧化硅的制备
• 4.3.3 结果与讨论
• 2吸附等温线'>4.3.3.1 N₂吸附等温线
• 4.3.3.2 HTEM谱图
• 4.4 以甲基为核的树枝状化合物为硅源制备有机杂化中孔二氧化硅
• 0（Me）的合成'>4.4.1 树枝状化合物G₀（Me）的合成
• 0（Me）-OE_t的合成'>4.4.2 树枝状化合物G₀（Me）-OE_t的合成
• 4.4.3 有机-无机杂化中孔二氧化硅的制备
• 4.4.4 结果与讨论
• 2吸附等温线'>4.4.4.1 N₂吸附等温线
• 4.4.4.2 HTEM图谱
• 4.5 硅源种类对中孔材料的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表