四聚體超分子導(dǎo)向的介孔材料的制備與應(yīng)用.pdf

1、介孔材料由于其獨(dú)特的性質(zhì)，如大比表面積，較大孔徑而被廣泛應(yīng)用。其中不同形貌的介孔材料有不同的用途，例如，90nm左右的介孔二氧化硅或介孔碳納米球可以被用于納米醫(yī)藥，核殼結(jié)構(gòu)的介孔材料被分別修飾之后可以把同時(shí)需要酸堿催化的兩步反應(yīng)一步進(jìn)行。手性納米碳管由于其獨(dú)特的雙折射性質(zhì)可以用于拉曼增強(qiáng)，克服了傳統(tǒng)上的需要昂貴的貴金屬納米顆粒聚集后形成熱點(diǎn)才能拉曼增強(qiáng)的一些缺點(diǎn)。一般情況下，制備介孔材料都需要表面活性劑在水中形成的膠束作為模板，然而表面

2、活性劑制備的介孔材料類型有限，目前也有一些采用生物分子作為模板合成介孔材料的實(shí)例，生物分子作為模板制備介孔材料不僅可以合成很多新型的納米材料，對(duì)理解生物分子的自組裝原理也是非常有意義的。
　　本文將鳥嘌呤衍生物在金屬離子穩(wěn)定下形成的四聚體超分子化合物和葉酸在水溶液中形成的超分子化合物作為作為模板，來制備更多新穎的介孔材料。并對(duì)這些材料的各種性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究，具體內(nèi)容如下：
　　(1)相對(duì)于K+穩(wěn)定的G四聚體結(jié)構(gòu)，Sr2+

3、穩(wěn)定的四聚體結(jié)構(gòu)具有在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)更穩(wěn)定的性質(zhì)，基于Sr2+和四聚體之間更強(qiáng)的相互作用力，在水相中，5'-鳥苷單磷酸二鈉鹽和Sr2+所形成的四聚體由于鈉離子的橋連作用可以形成直徑更寬的納米纖維，而這種纖維的形成只需要濃度很低的原料就可以完成。本工作利用Sr2+所形成的四聚體具有特殊的形貌結(jié)構(gòu)，并利用溶液中存在不同大小四聚體的平衡，制備出了外壁上具有很多大小不同介孔的納米管結(jié)構(gòu)，TEM進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)許多介孔孔道是垂直于納米管的縱軸的，這些類

4、型的孔道的存在對(duì)于物質(zhì)的傳輸是非常有利的，而物質(zhì)傳輸?shù)挠欣麜?huì)有利于催化吸附等方面性能的提高。該工作使用一系列表征手段對(duì)所制備的材料進(jìn)行了機(jī)理上的研究，并提出了它可能的形成原理。最后，將制備的具有介孔的管狀二氧化硅進(jìn)行了對(duì)15nm左右的金納米顆粒進(jìn)行了吸附研究，研究表明，該材料由于其存在較大的介孔和較大的管內(nèi)徑，可以在很短時(shí)間里吸附金納米顆粒，但吸附金納米顆粒的二氧化硅管并沒有展現(xiàn)出旋光性質(zhì)。
　　(2)G四聚體是四個(gè)鳥嘌呤通過氫鍵

5、連在一起，并進(jìn)一步通過金屬離子的穩(wěn)定作用而形成的平面(G-quartet)通過ππ堆積而形成的。其中金屬離子嵌在其中的孔道中，較大的金屬離子主要位于G-quartet層與層之間，改變外部條件可以把鳥嘌呤衍生物為模板的材料從螺旋狀改變到片狀，而改變G四聚體模板合成不同的介孔材料也是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)，這些材料的形成不僅為納米研究領(lǐng)域提供了更多新型納米材料，也為DNA堿基的自組裝提供了更多的直接證據(jù)。本工作通過改變實(shí)驗(yàn)條件，以G四聚體超分子

6、化合物為模板制備出了多種多樣形貌的多孔材料，包括類似四方體，長方體，空心六棱柱，實(shí)心六棱柱和端頭具有六棱錐的六棱柱等結(jié)構(gòu)。TEM研究表明這些材料中都有很多無規(guī)則的微孔和介孔，氮?dú)馕矫摳揭策M(jìn)一步證實(shí)了這些孔的存在。其中最令我們興奮的是制備的孔壁上具有納米孔的一些材料結(jié)構(gòu)非常規(guī)整，非常類似單晶。這些材料熱穩(wěn)定性好，即使在高溫煅燒去除模板后仍然表現(xiàn)出了很好的結(jié)構(gòu)，其中一些材料的外壁有很多無序的介孔存在，在大角XRD衍射實(shí)驗(yàn)中都出現(xiàn)無定型二氧

7、化硅特點(diǎn)的饅頭狀衍射峰，后續(xù)我們將進(jìn)行更多實(shí)驗(yàn)對(duì)這些材料的形成機(jī)理做進(jìn)一步研究。
　　(3)含氮化合物經(jīng)惰性氣體保護(hù)下高溫碳化所得的產(chǎn)品由于含有富電子的氮元素，有利于電子傳輸，導(dǎo)電性好，在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，尤其適用于電化學(xué)領(lǐng)域，而使用生物模板制備含氮化合物能夠提供更多豐富多彩的制備方法。因?yàn)槿~酸分子中有蝶呤和鳥嘌呤非常類似，葉酸在水中也可以形成四聚體超分子，這種四聚體超分子的周圍存在羧基，這些羧基可以一定程度上和常見的碳源如吡咯，