多級(jí)結(jié)構(gòu)介孔二氧化硅的合成和表征.pdf

1、多級(jí)結(jié)構(gòu)介孔二氧化硅的合成不但對(duì)實(shí)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(diǎn)。多級(jí)結(jié)構(gòu)介孔材料合成要求同時(shí)實(shí)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(jí)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(guò)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(jí)結(jié)構(gòu)介孔二氧化硅，并且利用氮?dú)馕?，X-射線(xiàn)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(jí)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?dú)馕矫摳降葴鼐€(xiàn)為IV型等溫線(xiàn)，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(jì)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(zhǎng)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(wú)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(jí)結(jié)構(gòu)。合成體系是在沒(méi)有手性分子存在情況下，表面活性劑和無(wú)機(jī)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(gè)重要驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)機(jī)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(guò)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(zhǎng)機(jī)理，每層是由不同螺距和半徑的螺旋介孔孔道組成。 (2)通過(guò)動(dòng)態(tài)自組裝乳液模板法合成了出芽空心球多級(jí)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(chóng)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(guò)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(jí)結(jié)構(gòu)是通過(guò)乳液的動(dòng)態(tài)擴(kuò)散和自組裝生成的。這種動(dòng)態(tài)自組裝乳液模板法合成介孔二氧化硅主要包含兩個(gè)過(guò)程：第一，乳液的自發(fā)乳化過(guò)程，包含表面活性劑的動(dòng)態(tài)釋放，擴(kuò)散和消耗；第二，二氧化硅的沉積固化過(guò)程，主要包括硅烷