多級結(jié)構(gòu)介孔二氧化硅的合成和表征.pdf

1、多級結(jié)構(gòu)介孔二氧化硅的合成不但對實際應(yīng)用有重要意義，而且與生物礦化、仿生化學(xué)有一定相關(guān)性，因此一直是材料合成研究的熱點。多級結(jié)構(gòu)介孔材料合成要求同時實現(xiàn)在納米尺度上的介觀結(jié)構(gòu)和微米尺度上的形態(tài)參數(shù)的控制，因此，多級結(jié)構(gòu)介孔材料合成至今還是材料合成中具有挑戰(zhàn)性的研究課題。本論文通過兩相體系合成法和乳液模板法分別成功地制備了螺旋纖維形態(tài)和空心球形態(tài)的多級結(jié)構(gòu)介孔二氧化硅，并且利用氮氣吸附，X-射線衍射(XRD)，掃描電鏡(SEM)，透射電鏡

2、(TEM)等表征技術(shù)，研究了合成的多級結(jié)構(gòu)介孔二氧化硅的介觀結(jié)構(gòu)和宏觀形貌，主要分兩部分： (1)采用液/液兩相體系室溫合成法，用非手性表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)做結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，在酸性體系下合成螺旋纖維形態(tài)的介孔二氧化硅。XRD表明合成的介孔二氧化硅具有二維六方(p6mm)介觀結(jié)構(gòu)；氮氣吸附脫附等溫線為IV型等溫線，BET比表面積為1850 m<'2>/g，介孔孔容為0.90 cm<'2>/g，用BJH方法計算的孔

3、徑分布為1.97nm。SEM證明螺旋結(jié)構(gòu)納米纖維直徑在100-300 nm，長度幾十微米，截面是六方形。螺旋纖維主要有兩種形態(tài)：一種是扭曲的繩子狀納米纖維，介孔孔道是沿著纖維軸向扭曲結(jié)構(gòu)，形成圍繞纖維軸向螺旋纏繞的孔道，這種纖維宏觀形貌是直的或者無規(guī)則彎曲的。另一種是螺旋彎曲的納米纖維，這種結(jié)構(gòu)的纖維是螺旋形貌，像彈簧一樣，介孔孔道是圍繞纖維軸向扭曲纏繞和隨著螺旋形貌彎曲的多級結(jié)構(gòu)。合成體系是在沒有手性分子存在情況下，表面活性劑和無機晶

4、種自發(fā)組裝形成螺旋結(jié)構(gòu)的，因此，基于表面張力和自由能兩個重要驅(qū)動力，我們提出了六方柱狀二氧化硅/表面活性劑復(fù)合膠束晶種生長機理。另外，在兩相體系合成中我們發(fā)現(xiàn)了螺旋空心管狀的纖維，通過透射電鏡表明，螺旋空心管結(jié)構(gòu)：中心為圓形空腔，外圍是六方截面，介孔孔道為螺旋結(jié)構(gòu)。這種螺旋結(jié)構(gòu)的生成被認(rèn)為是層．層生長機理，每層是由不同螺距和半徑的螺旋介孔孔道組成。 (2)通過動態(tài)自組裝乳液模板法合成了出芽空心球多級結(jié)構(gòu)介孔二氧化硅。SEM表明出

5、芽空心球平均直徑為3.2μm；TEM表明出芽空心球是由蠕蟲介孔結(jié)構(gòu)的球殼和球殼上層狀相介觀結(jié)構(gòu)的芽組成。在合成過程中，陰離子表面活性劑(N-十二烷基肌氨酸鈉)既是形成介觀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，又是微乳油相的前驅(qū)體(質(zhì)子化后為油相液滴)，多級結(jié)構(gòu)是通過乳液的動態(tài)擴散和自組裝生成的。這種動態(tài)自組裝乳液模板法合成介孔二氧化硅主要包含兩個過程：第一，乳液的自發(fā)乳化過程，包含表面活性劑的動態(tài)釋放，擴散和消耗；第二，二氧化硅的沉積固化過程，主要包括硅烷