非手性表面活性劑結(jié)構(gòu)導(dǎo)向法合成螺旋介孔材料及其機(jī)理研究.pdf

1、手性是自然界的本質(zhì)屬性之一。從簡單的分子、聚合物、表面活性劑、雙性分子到生物超分子聚集體，小分子自組裝形成具有螺旋外形結(jié)構(gòu)的物質(zhì)這一現(xiàn)象在自然界比比皆是。通常手性超分子的形成是通過手性分子自組裝或者由非手性分子與手性分子共同組裝形成。但是，目前由非手性分子自組裝成手性分子受到了更多的關(guān)注。分子的微觀信息會在物質(zhì)的宏觀形貌上有所反映，這一概念對構(gòu)建超分子的手性結(jié)構(gòu)具有重要的意義。我們研究室利用季銨鹽為助結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，采用陰離子表面活性劑(N

2、-肉豆蔻酰丙氨酸C14AlaA)合成出了外形為螺旋的二氧化硅介孔材料。在此基礎(chǔ)上，本論文以非手性陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)為模板劑，首次合成出了具有螺旋六方柱狀外形的二氧化硅介孔材料，具體研究內(nèi)容如下： (1)通過研究由非手性陰離子表面活性劑、助結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑和硅源共自組裝形成螺旋介孔材料的形成機(jī)理發(fā)現(xiàn)：在較高助表面活性劑(CSDA)對表面活性劑配比、較高反應(yīng)溫度、較強(qiáng)堿性和較長攪拌時間的反應(yīng)條件，有利于從動力學(xué)控制該

3、材料的合成，以形成各向異性及大尺寸的材料。螺旋介孔材料的螺距總是隨著六方柱直徑的增加而增大。本文認(rèn)為驅(qū)動材料發(fā)生扭轉(zhuǎn)的扭力隨著該合成材料直徑的增加而降低，導(dǎo)致材料具有較大的螺距。螺旋介孔材料螺旋外形的形成也是一個有規(guī)則的動力學(xué)演變過程：先形成球形的顆粒狀物質(zhì)，然后逐步連接，最后形成具有螺旋外形的棒狀螺旋介孔材料，且隨著反應(yīng)時間的延長，材料的螺距逐漸變短。本文通過觀察手性材料的結(jié)構(gòu)變化，清晰地觀察到螺距隨反應(yīng)條件的變化，從而對手性超分子體

4、系及其形成機(jī)理進(jìn)一步的理解和認(rèn)識。 (2)以摻雜手性有機(jī)小分子(R)-(+)-和(S)-(-)-2-氨基-3-苯基-1-丙醇((R)-(+)-或(S)-(-)-2-APP)的陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉SDS為模板劑，有機(jī)硅氧烷為助結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，與硅源自縮聚組裝，合成對映體過剩的螺旋介孔管狀氧化硅材料。通過透射電境分析和計(jì)算機(jī)模擬，證實(shí)螺旋介孔管狀氧化硅材料的硅壁為具有螺旋繞軸排列的有序介孔孔道，內(nèi)部直徑約～100nm；進(jìn)一步研