有機硅離子液體模板合成介孔氧化硅及其機理研究.pdf

1、有序介孔氧化硅材料是指孔徑約在2-50nm之間、孔徑分布較窄且具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的納米氧化硅孔材料。有序介孔材料的合成通常是在表面活性劑自組裝行為的基礎(chǔ)上進行，其中表面活性劑起到模板劑的作用。由于有序介孔氧化硅材料在生物催化、吸附分離、藥物載體、環(huán)境保護等領(lǐng)域存在潛在的應(yīng)用前景，有序介孔材料的合成、性質(zhì)及應(yīng)用在材料領(lǐng)域成為研究熱點之一。本文主要圍繞以有機硅離子液體作為模板劑合成介孔氧化硅球，實現(xiàn)了對顆粒尺寸及孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控。結(jié)合有機硅離子液

2、體在水溶液中的吸附動力學(xué)性質(zhì)和分子動力學(xué)模擬結(jié)果，初步探索了介孔合成機理。主要研究工作如下:
　　1、采用氣泡壓力張力儀測定了三硅氧烷吡啶類離子液體([Si(3)Py]Cl)和三硅氧烷咪唑類離子液體([Si(3)Mim]Cl)在水溶液中的動態(tài)表面張力(DST)，考察了濃度和溫度對其DST的影響。根據(jù)Word-Tordai方程對所得數(shù)據(jù)進行分析，計算得出不同測定條件下離子液體分子吸附初始階段和長時吸附階段的擴散系數(shù)。結(jié)果表明，上述兩

3、種離子液體在水溶液中的吸附機理均屬于混合動力控制吸附。
　　2、在MARTINI力場的基礎(chǔ)上，采用粗粒(CG)分子動力學(xué)模擬方法對[Si(3)Py]Cl和[Si(3)Mim]Cl兩種有機硅離子液體在水溶液中的聚集行為進行了研究。采用密度泛函理論對兩種離子液體分子進行優(yōu)化，在所得優(yōu)化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上構(gòu)建粗粒模型。通過與全原子(AA)模擬結(jié)果對比，對該粗粒模型的可行性進行驗證。長時間粗粒分子動力學(xué)模擬顯示兩種離子液體在水溶液中均呈現(xiàn)囊泡結(jié)

4、構(gòu)。
　　3、采用三硅氧烷吡啶類離子液體([Si(3)Py]Cl)作為模板劑和部分硅源，在堿性條件下，室溫下合成了熱穩(wěn)定性較強的有序介孔氧化硅球。同時結(jié)合透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、N2吸附/脫附、小角X射線衍射（SAXRD）等技術(shù)對焙燒、正硅酸乙酯的用量及晶化時間對顆粒形貌、尺寸、孔結(jié)構(gòu)的影響進行了研究。結(jié)果表明，所得納米球粒徑大小統(tǒng)一，孔徑分布較窄，且具有較好的熱穩(wěn)定性;隨著正硅酸乙酯用量的增加

5、，納米球顆粒粒徑逐漸變大，BET比表面積和平均孔徑均逐漸變小，孔體積逐漸變大。結(jié)合表征結(jié)果，提出了可能的合成機理。
　　4、采用三硅氧烷吡啶類離子液體([Si(3)Py]Cl)作為模板劑和部分硅源，在體系pH=11下，100℃高壓釜內(nèi)合成了Yolk-shell核殼結(jié)構(gòu)納米氧化硅球。采用透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、N2吸附/脫附研究了體系pH、焙燒、模板劑的濃度對顆粒形貌及內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，