聚苯乙烯-b-聚丙烯酸/金属-金属氧化物纳米粒子的制备与自组装

摘要

本文主要研究了两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸（PS-b-PAA）与纳米粒子自组装形成复合胶束及胶束形态的调控。首先利用热裂解法来制备无机纳米粒子，其中包括兼具近红外效应和磁性的哑铃型 Au-Fe3O4纳米粒子以及高比表面积的二氧化钛纳米粒子，并详细研究了二氧化钛纳米片对有机染料的吸附和催化性能。其次研究了聚苯乙烯-b-聚丙烯酸进行巯基功能化修饰，并探讨功能化前后聚苯乙烯-b-聚丙烯酸在稀溶液内自组装产物形态的变化。最后研究了聚苯乙烯-b-聚丙烯酸与纳米粒子自组装形成复合胶束，形成复合胶束的方法主要有原位法和离位法两种。原位法主要研究的是五羰基铁在聚苯乙烯-b-聚丙烯酸/1,4二乙基苯稀溶液中热裂解直接形成复合胶束；离位法主要研究的是聚苯乙烯-b-聚丙烯酸与Au-Fe3O4纳米粒子通过加不良溶剂形成复合胶束。
　　（1）研究了热裂解法制备纳米粒子。本文在油胺体系内利用热分解一步法大规模制备TiO2纳米片材料。反应体系中钛酸异丙酯（TTIP）用作前躯体，油胺（OM）作为一种易去除，环保且低成本的配体，并且可以通过调节体系中TTIP和OM的摩尔比来实现 TiO2纳米粒子的形貌的精细控制。氮气吸附结果表明所制备的纳米粒子的比表面积可高达378 m2/g，利用这种方法制备的二氧化钛纳米片在紫外光照射下可以高效地催化亚甲基蓝染料的降解。与此同时，我们还利用热裂解法成功地合成了哑铃型金-四氧化三铁纳米粒子和量子尺寸的球形 Au-FeFe2O4纳米粒子，有望应用于药物传输、光电传感及防晒化妆品等领域。
　　（2）选用对羟基苯硫酚（HTP）与聚苯乙烯-b-聚丙烯酸大分子链上的羧基进行部分酯化反应，形成侧链悬挂巯基（-SH）的功能化聚苯乙烯-b-聚丙烯酸大分子链（PS-b-PAA-g-HTP），并研究改性前后的大分子链在溶液中的自组装行为。PS-b-PAA嵌段共聚物的PAA段含有很多羧基，能与HTP的羟基发生酯化反应，从而使聚合物带上部分巯基，羧基数目也相应减少，从而调控嵌段共聚物在溶液中的物理状态，这种修饰方法是对聚丙烯酸嵌段进行修饰而不是简单的端基修饰，能够自组装形成新型功能化材料。在研究嵌段共聚物自组装行为时，将PS-b-PAA-g-HTP溶解在三氯甲烷和二甲基亚砜组成的混合溶剂的稀溶液中，并通过挥发三氯甲烷改变溶剂组成使聚苯乙烯与溶剂之间的相互作用力较小发生微相分离，从而形成聚苯乙烯为核、聚丙烯酸为壳的蠕虫状胶束结构，纯PS-b-PAA则形成球形胶束。PS-b-PAA-g-HTP和PS-b-PAA均溶于1,4-二氧六环，在溶液中滴加超纯水并透析，前者形成多孔性的球形胶束，后者形成普通球形胶束。
　　（3）研究了聚苯乙烯-b-聚丙烯酸与纳米粒子自组装形成复合胶束。五羰基铁加入聚苯乙烯-b-聚丙烯酸/1,4二乙基苯稀溶液中，在空气或氮气条件下升温使五羰基铁裂解，然后在空气中氧化形成PS-b-PAA包覆铁的氧化物纳米粒子的复合胶束。用同样的方法在氮气条件下裂解，生成的单质铁进一步与氯金酸中的金元素发生置换反应，则形成 PS-b-PAA包覆金纳米粒子与铁的氧化物纳米粒子的复合胶束。用离位法 PS-b-PAA和PS-b-PAA-g-HTP与Au-Fe3O4NPs自组装形成复合胶束。

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第一章 绪 论

1.1 纳米粒子

1.2 嵌段共聚物自组装

1.3 嵌段共聚物与无机纳米粒子自组装

1.4 选题的目的及意义

第二章 纳米粒子的制备及其表征

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 结论

第三章 PS-b-PAA功能化及胶束形态调控

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 结论

第四章 PS-b-PAA与纳米粒子自组装

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 结论

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

附录