低缩合度SiO2颗粒和MSNs的制备与应用

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二氧化硅(SiO2)纳米材料一直以来在科研领域占据着非常重要的位置,其中介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)有巨大的比表面积、易调节的孔道结构和孔径尺寸、良好的生物相容性以及化学稳定性等自身结构优势,在生物医药、催化领域、环境保护等方面显示出了巨大的研究价值和潜在应用,吸引了科学家们的广泛关注。经过科研人员的不懈研究,SiO2颗粒和MSNs的制备方法已经有多种可供选择,但使用更简单温和的方法制备低缩合度的SiO2颗粒和MSNs还有待继续研究。本论文在广泛阅读文献的基础上分析了当前有关SiO2颗粒和MSNs的研究现状,针对低缩合度的SiO2颗粒和MSNs的制备和应用具体开展以下几方面的探究:(1)根据无表面活性剂的微乳液“pre-Ouzo”效应的理论创新性的对经典St?ber法的混合方式进行了改变,将超纯水,硅酸四乙酯(TEOS)和无水乙醇配制成摩尔比为124 H2O:1 TEOS:45.8 EtOH的TEOS-H2O-EtOH三元混合液,使用动态光散射(DLS)检测反应体系,结果显示TEOS-H2O-EtOH中有160 nm左右的稳定的微乳液液滴存在。随后加入不同体积的氨水催化反应,透射电子显微镜(TEM)和29Si NMR显示,随着氨水体积增大,合成了粒径140-320 nm的SiO2颗粒,且颗粒的粒径和缩合度均呈现增大的趋势,氨水体积小时得到的SiO2颗粒缩合度较低。制备低缩合度的SiO2颗粒是温和简单制备MSNs的关键。(2)创新性的使用水稀释-氨刻蚀联合作用的方法(简称稀释刻蚀法)处理母体SiO2胶体合成了粒径100-230 nm的MSNs。调节初始氨水体积和稀释所用水的倍数,探究母体SiO2颗粒形貌产生的变化。研究表明,初始氨水体积0.3-1mL时得到的母体SiO2颗粒用水稀释到5倍均可以被刻蚀成MSNs。且氨水浓度低时得到的SiO2颗粒即缩合度低的母体SiO2颗粒更易被刻蚀成为MSNs。St?ber法得到的SiO2颗粒不会被刻蚀成为MSNs,这也从侧面验证了TEOS-H2O-EtOH三元体系法得到的SiO2颗粒缩合度较St?ber法低。(3)创新性的改变反应的环境,首次采用渗析的条件制备SiO2颗粒。利用渗析条件下渗透压的存在,使SiO2颗粒的形成过程同时发生物料的稀释和氨水的刻蚀,进而可以一步得到MSNs。探究改变初始氨水体积和渗析液中的氨水浓度对所得MSNs形貌的影响。结果表明,渗析液的浓度是形成MSNs的关键,渗析液浓度为10%(v/v)的氨水时得到的MSNs形貌较好。(4)将上述两种方法得到的MSNs氨基化处理后再进行金纳米颗粒的负载,使用紫外分光光度计检测NaBH4将4-硝基苯酚(4-NP)还原为4-氨基苯酚(4-AP)的反应中特征峰的变化,以此验证Au@MSNs的催化性能。结果表明,两种MSNs均可以被均匀负载1-3 nm的金纳米颗粒,Au@MSNs在NaBH4还原4-NP为4-AP的实验中发挥了优异的催化性能。
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