介孔二氧化硅納米管的合成與機(jī)理研究.pdf

1、介孔二氧化硅納米管是最近發(fā)現(xiàn)的一種新型介孔材料，它不僅具有介孔材料高比表面積、大孔容、孔徑可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，而且還擁有獨(dú)特的管狀外形。特別是介孔納米管由于它的三種不同表面：納米管的外表面，內(nèi)徑和分布在管壁上的介孔使其更加具有功能性。介孔二氧化硅納米管可以用硬模板和軟模板法合成。到現(xiàn)在為止，人們合成的直徑從300nm到3μm的納米管實(shí)際上是指中空的管狀或纖維狀材料，而不是真正意義的介孔二氧化硅納米管。介孔硅管的孔道是平行于或者環(huán)繞管軸向的，所以

2、限制了負(fù)載物進(jìn)入介孔孔道，阻礙了這些材料在實(shí)際中的應(yīng)用。本文對介孔二氧化硅納米管的合成與機(jī)理進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下： ⑴闡述了介孔材料的基本合成機(jī)理、結(jié)構(gòu)與形貌特征、功能化及應(yīng)用現(xiàn)狀，綜述了二氧化硅納米管的基本特性，介紹了硬模板法，軟模板法制備管狀介孔材料的研究現(xiàn)狀，以及人們提出管狀介孔材料的幾種形成機(jī)理。 ⑵針對十四烷基丙氨酸作為模板劑的合成體系，討論了介孔納米管的結(jié)構(gòu)控制、形貌控制及其形成機(jī)理。結(jié)果表明用手性陰離子

3、表面活性劑自組裝為模板，加入助結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑和硅源的方法能制備出介孔孔道內(nèi)外貫通于管壁的硅納米管。通過控制表面活性劑中和程度，助結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑與表面活性劑摩爾比得到納米硅管的介孔平均孔徑約為4 nm，平均壁厚與內(nèi)徑分別為～94，～62，～62 nm和 ～27，～33，～45 nm。通過透射電鏡TEM與炭復(fù)制硅納米管的反向結(jié)構(gòu)得出管壁上的介孔是貫穿于管壁分布的。實(shí)驗(yàn)得出這些具有特殊形貌的介孔管只能由手性陰離子表面活性劑得到，而不能通過非手性或消旋

4、的表面活性劑制得。通過圓二色譜證明手性陰離子表面活性劑形成的管狀模板是螺旋層狀排列的。管壁的介孔是表面活性劑形成的螺旋層狀模板在加入助結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑后，再次組裝，內(nèi)外壁同時(shí)生長為貫通于二氧化硅納米管壁的介孔。 ⑶用多種氨基酸衍生的手性陰離子表面活性劑為模板，研究了不同表面活性劑結(jié)構(gòu)對介孔二氧化硅納米管形貌和結(jié)構(gòu)的影響。通過在甲硫氨酸體系下調(diào)節(jié)表面活性劑的中和程度，得到納米管管壁上的介孔從均勻分布到部分分布最后沒有介孔的變化規(guī)律。通過