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《上海交通大学》 2008年
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介孔二氧化硅纳米管的合成与机理研究

于亚涛  
【摘要】: 介孔二氧化硅纳米管是最近发现的一种新型介孔材料,它不仅具有介孔材料高比表面积、大孔容、孔径可调等优点,而且还拥有独特的管状外形。特别是介孔纳米管由于它的三种不同表面:纳米管的外表面,内径和分布在管壁上的介孔使其更加具有功能性。介孔二氧化硅纳米管可以用硬模板和软模板法合成。到现在为止,人们合成的直径从300 nm到3μm的纳米管实际上是指中空的管状或纤维状材料,而不是真正意义的介孔二氧化硅纳米管。介孔硅管的孔道是平行于或者环绕管轴向的,所以限制了负载物进入介孔孔道,阻碍了这些材料在实际中的应用。 本文首次以手性氨基酸阴离子表面活性剂分子作为模板,成功的合成出形貌均一,纯度高的纳米管而且所得到的材料管壁上均匀分布着内外贯通垂直于管轴向的介孔,通过萃取的方法还可以得到含有有机官能团修饰的介孔纳米管。 在第一章中,首先,综述了介孔材料的基本合成机理、结构与形貌特征、功能化及应用现状,然后,综述了二氧化硅纳米管的基本特性,介绍了硬模板法,软模板法制备管状介孔材料的研究现状,以及人们提出管状介孔材料的几种形成机理。 在第二章中,针对十四烷基丙氨酸作为模板剂的合成体系,讨论了介孔纳米管的结构控制、形貌控制及其形成机理。结果表明用手性阴离子表面活性剂自组装为模板,加入助结构导向剂和硅源的方法能制备出介孔孔道内外贯通于管壁的硅纳米管。通过控制表面活性剂中和程度,助结构导向剂与表面活性剂摩尔比得到纳米硅管的介孔平均孔径约为4 nm,平均壁厚与内径分别为~94, ~62, ~62 nm和~27, ~33, ~45 nm。通过透射电镜TEM与炭复制硅纳米管的反向结构得出管壁上的介孔是贯穿于管壁分布的。实验得出这些具有特殊形貌的介孔管只能由手性阴离子表面活性剂得到,而不能通过非手性或消旋的表面活性剂制得。通过圆二色谱证明手性阴离子表面活性剂形成的管状模板是螺旋层状排列的。 管壁的介孔是表面活性剂形成的螺旋层状模板在加入助结构导向剂后,再次组装,内外壁同时生长为贯通于二氧化硅纳米管壁的介孔。 在第三章中,用多种氨基酸衍生的手性阴离子表面活性剂为模板,研究了不同表面活性剂结构对介孔二氧化硅纳米管形貌和结构的影响。通过在甲硫氨酸体系下调节表面活性剂的中和程度,得到纳米管管壁上的介孔从均匀分布到部分分布最后没有介孔的变化规律。通过条件反应物配比,在异亮氨酸体系下发现了一端或两端封端的介孔纳米管材料。在苯丙氨酸,亮氨酸体系下,由于表面活性剂头部作用力较大,层状模板堆积的比较致密,得到了管壁上没有介孔的纳米管。 在第四章中,对本文的工作进行了总结,并对后续工作进行了展望。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:O613.72;TB383.1

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