论文部分内容阅读
有机-无机复合纳米粒子将聚合物的性能和无机纳米粒子的独特功能相结合,可具有更高的热学、机械、流变、光学和催化性能,因而被广泛应用于医学、农业、光学、半导体器件、航空航天和催化等领域。球形聚电解质刷(Spherical Polyelectrolyte Brushes,SPB)具有独特的壳核结构,可以作为一种理想的聚合物载体来生成或负载无机纳米粒子并有效地阻止纳米粒子的团聚现象,从而得到具有不同功能和良好稳定性的有机-无机复合纳米粒子。本文以球形聚电解质刷为载体,应用不同工艺引入无机纳米粒子,制备了两种功能性的有机-无机复合纳米粒子。一种是以聚苯乙烯(PS)为核、聚丙烯酸(PAA)为壳的阴离子型PS-PAA刷,通过在PS核内引入Fe3O4纳米粒子得到了磁性球形聚电解质刷(Magnetic Spherical Polyelectrolyte Brushes,MSPB),并以此为载体进一步制备了可回收的Ag纳米催化剂;另一种是以PS为核、聚甲基丙烯酸氨基乙酯(PAEMH)为壳的阳离子型PS-PAEMH刷,并以此为自催化模板,通过引人硅前驱体制备了具有空心结构的SiO2纳米粒子(Hollow Silica Nanoparticles,HSNP)。通过动态光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)等多种表征方法对复合纳米粒子进行了表征,并对两种复合纳米粒子的应用进行了初步探索,得到的主要结论如下:(1)MSPB中的Fe3O4纳米粒子主要分布在PS核内部而Ag纳米粒子主要分布在核表面的PAA链上,复合纳米粒子的形貌良好、粒径均一,可在外加磁场的作用下被快速分离,并具有良好的再分散性和稳定性。聚电解质刷上Ag纳米粒子的负载量较高(约为75mg/g),平均粒径为2.30±0.5nm。以4-硝基苯酚的还原反应为模型反应来评价复合纳米粒子的催化活性,结果表明,增加溶液中复合纳米粒子的浓度或提高反应温度均可提高反应速率。298K下该反应的速率常数为0.403L/(s·m2),反应活化能为66.03kJ/mol,证明MSPB-Ag复合纳米粒子对4-硝基苯酚的还原反应具有较高的催化活性。(2)PS-PAEMH刷可以作为良好的自催化模板来生成SiO2纳米粒子。复合纳米粒子的粒径随着反应时间而下降直至反应结束时稳定,硅层厚度不断增大,粒子表面由光滑变得粗糙;改变加入AEMH单体的量可以调节PS-PAEMH刷的链长及生成的硅层厚度。采用溶剂溶解的方式可去除PS核,得到的空心SiO2纳米粒子形貌规整,空心结构清晰可见,具有良好的分散性和稳定性。以常用抗癌药DOX为药物模型探究空心SiO2纳米粒子的载药能力。结果表明,空心SiO2纳米粒子的包封率最高可达80%,具有较强的载药能力,在生物、医药等领域具有潜在的应用价值。