介孔有机无机纳米复合颗粒的合成及结构研究

【摘要】近年来,介孔有机-无机纳米复合材料的制备和详细的结构研究已经成为材料科学的一个新的研究热点并引起了科学和工业界的广泛关注。其中有机物与介孔二氧化硅复合形成介孔有机物-二氧化硅纳米复合体系成为材料科学家十分关注的对象。介孔二氧化硅通常具有比表面积大、孔径均一、稳定性好等优点,将其与有机物小分子或聚合物复合在一起得到的复合物将有可能同时发挥有机物和介孔二氧化硅的双重优势,这种具有双重功能的纳米复合物会被将广泛的应用于生产与生活的许多领域。因此,研究介孔有机-二氧化硅纳米复合材料的制备方法及其结构具有重要意义。介孔有机-二氧化硅纳米复合材料可以用于与人们生产和生活息息相关的许多领域,如如热量存储材料领域,新能源电极材料领域,蛋白质分离材料领域,污染物的吸附材料领域等等。材料的结构可以影响其性能,进而决定其应用范围。因而,通过仔细地设计并合成出具有不同结构的介孔有机-二氧化硅纳米复合材料将使其同时具有多种功能而满足不同的应用需求。在本文中,采用溶胶-凝胶法合成了介孔硬脂酸-二氧化硅纳米复合材料、介孔聚丙烯-二氧化硅纳米复合颗粒和介孔聚碳酸酯-二氧化硅纳米复合微球等三种有机-二氧化硅纳米复合材料,并通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱分析(IR)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、广角X射线衍射(WAXS)、小角X射线散射(SAXS)、纳米粒度分析仪(NTA)、紫外光谱分析(UV)、静态物理吸附仪等对这三种介孔有机物一二氧化硅介孔复合材料进行了详细的结构表征。论文主要分为以下三个部分：(1)硬脂酸-二氧化硅介孔复合相变材料的合成与结构研究相变储能材料的开发和使用在环保领域中得到了广泛的关注。硬脂酸是一种广泛使用的有机固-液相变材料,它具有良好的良好的相变性能。然而,在单独使用硬脂酸作为相变储能材料,在发生固-液相转变时经常发生硬脂酸泄露的情况,因而会影响其使用范围。硬脂酸本身较低的机械强度也决定了其不能作为—种有效的储能材料而单独使用。为解决这两种问题,在本文中设计合成了硬脂酸-二氧化硅介孔复合相变材料。二氧化硅同时具有较好的机械强度和优异的导热性,这就使得复合相变可以同时具备较好的机械和相变性能。在本文中,采用无油溶剂溶胶凝胶法首次合成了硬脂酸-F127-二氧化硅三元复合相变材料,并利用扫描电子显微镜,红外光谱,广角X射线,热重分析仪和差示扫描量热仪对复合物的形貌,成分,热和相变性能进行了表征并对结果进行了分析。这种三元相变材料具有较好的相变和机械性能,因而有望作为一种优异的相变储能材料而得到广泛的应用。(2)聚丙烯-二氧化硅介孔复合颗粒的制备与结构研究通过仔细的设计并合成出具有特殊结构的有机-二氧化硅复合材料将使得其具有多种功能而应用于不同的领域。在本文中以聚丙烯熔融乳液作模板,以正硅酸乙酯作为无机前驱体,通过溶胶-凝胶法首次合成了具有互穿结构的聚丙烯-二氧化硅纳米复合颗粒,并利用扫描电子显微镜,透射电子显微镜,红外光谱仪,热重分析仪,氮气物理静态吸附仪等对复合颗粒进行了详细的结构分析。这种复合颗粒具有有机-无机全互穿结构,因而可以提高二氧化硅的韧性和机械稳定性,这就使得其可以作为一种新型的电极材料而在锂电池的开发与应用中得到广泛的应用。同时,因为有机-无机全互穿结构的存在,在复合颗粒中存在均匀分布的亲水-疏水区域,这些亲水-疏水点位可以与蛋白质中的亲水-疏水点位进行相互配合而产生较强的吸附分离作用,因此可以作为一种有效的蛋白质分离材料而得到广泛应用。(3)聚碳酸酯-二氧化硅介孔复合微球的制备与结构研究具有多功能的吸附材料在环保领域中受到了广泛的关注。在目前使用的吸附材料中,大多数只具有单一的吸附功能,如仅能吸附有机污染物或有害气体。因此,通过设计并合成出具有多功能的吸附材料具有重要的科学和现实应用意义。这种新型的多功能吸附材料不仅可以有效的吸附有机污染物还可以去除对人体有害的放射性气体。在本文中通过溶胶凝胶法在酸性条件下首次合成了具有互穿结构的双酚A型聚碳酸酯-二氧化硅介孔复合微球,并利用扫描电子显微镜,透射电子显微镜,红外光谱仪,热重分析仪,氮气物理静态吸附仪,广角X射线衍射和小角X射线衍射对复合微球的形貌,成分,热稳定性和孔结构结晶性及长程有序性进行了表征并对其吸附对苯二胺的能力进行了测试。结果表明,这种亚微米级的复合微球具有均匀的球形形貌和规则的辐射型孔道,具有较大的比表面积和均匀的孔径分布,且对对苯二胺具有优异的吸附性能,因而有望作为一种高效的多功能吸附材料而得到广泛的应用。
【作者】祖雷；
【导师】崔秀国；
【作者基本信息】延边大学，有机化学，2014，博士
【关键词】介孔二氧化硅；硬脂酸；聚丙烯；聚碳酸酯；纳米复合颗粒；溶胶-凝胶法；

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