一步法制备杂化SiO2纳米粒子及其功能性修饰的研究

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SiO2纳米粒子是一种重要的纳米材料,但单纯的二氧化硅功能比较单一,常常不能满足应用需求,因此需要引入特定的功能基团对其进行修饰,形成杂化Si02纳米粒子,进而应用于催化、化学传感器、荧光成像及检测等诸多领域。本文采用一步法,即两种硅源同时水解聚合的方法,制备表面含有不同官能团的杂化SiO2纳米粒子,探究了不同制备条件对粒子的粒径尺寸的影响,并对其中两种杂化SiO2纳米粒子分别进行表面接枝聚合和荧光分子掺杂,实现纳米粒子的功能化。研究的主要内容和结果如下:
  (1)使用正硅酸四乙酯(TEOS)和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)两种硅源同时水解的方法制备杂化SiO2纳米粒子时,由于MPS中甲氧基的水解速度高于TEOS中的乙氧基,MPS快速水解易产生交联网络,使得整个溶液形成凝胶,无法得到纳米粒子。然而当使用3-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷(EPS)将MPS替换后,由于TEOS和EPS均含有乙氧基,水解速度相近,从而可以成功的在溶液中形成杂化SiO2纳米粒子。
  (2)成功的制备了两种不同的杂化SiO2纳米粒子,分别是表面含有甲基丙烯酸酯的杂化SiO2纳米粒子SP1和含有巯基的杂化SiO2纳米粒子SP2。其中SP1纳米粒子以TEOS和EPS为硅源,通过改变反应条件可以得到粒径范围在60-560nm的纳米粒子;SP2二纳米粒子以TEOS和3-巯丙基三乙氧基硅烷(MTS)为硅源,通过改变反应条件可得到粒径范围在54-210nm的纳米粒子。在上述两种体系中,分别考察了硅源的不同摩尔配比、水含量、催化剂等因素对纳米粒子粒径尺寸的影响。使用动态光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)和傅里叶红外变换光谱(FT-IR)等仪器表征了纳米粒子的粒径、形貌并证明了有机官能团成功的引入到纳t粒子中。
  (3)选取SP1纳米粒子Aa和Ab,粒径分别为80nm和200nm左右,采用可逆加成-断裂链转移(RAFT)试剂对纳米粒子进行表面修饰,并使用紫外可见分光光度计测定其表面RAFT的含量,最后成功的在其表面进行接枝聚合,得到了粒径分别为250nm和470nm,具有核壳结构的聚合物/杂化SiO2纳米粒子。
  (4)成功的合成了具有聚集诱导发光特性的荧光分子(AIE),并表征了其荧光性能。将荧光分子修饰后与含氨基的硅烷偶联剂反应,通过一步法将AIE分子引入到SiO2纳米粒子,得到高亮度和稳定的荧光/杂化SiO2纳米粒子。当使用波长为365nm的紫外光进行激发时,可在479nm处观察到有荧光发出。
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