一种中空SiO2/TiO2纳米微球的新型制备方法研究

摘要

中空结构的纳米微球因其特定的尺寸与结构特性，在光敏器件、药物负载与缓释、催化与生物诊断等领域有着越来越重要的应用。本课题采用模板法成功制备出尺寸、形貌良好的中空二氧化硅/二氧化钛（H-SiO2/TiO2）纳米级微球，探索并研究了不同模板下中空微球的制备情况;并通过改变反应条件，成功实现了对该纳米级中空微球尺寸和形貌的控制;并对反应机理及行了假设与论证。本课题的具体工作内容归纳如下:
　　1、结合纳米沉淀法，将阴离子型聚合物-聚丙烯酸钠(PAANa)水溶液在乙醇(Ethanol)中沉淀析出制得模板，依次将催化剂氨水(NH4OH)和前驱体硅酸四乙酯(TEOS)加入上述乙醇体系中，常温反应数小时后，水洗离心处理反应产物，即可得到纳米级的H-SiO2微球。结合扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等对产物进行分析表明，H-SiO2微球核壳结构明显且尺寸规整、分散性良好。通过改变PAANa水溶液的浓度、TEOS的用量，可将最终产物尺寸和球壁尺寸分别调控在100～200nm和15～40nm;并且，通过改变催化剂NH4OH的用量，可有效改变H-SiO2微球的表面形貌，大大增大其比表面积。吸附实验证明，H-SiO2纳米微球对重金属离子铅(Pb2+)、铬(Cr3+)等有良好的吸附性。
　　2、对阴离子型PAANa模板体系的制备的机理进行推理与验证，推理在此体系中，模板的富水结构和表面基团与SiO2初级粒子的氢键作用是包覆成功的关键;并且在富水模板体系中，SiO2壳层并不是只能包覆在阳离子型模板表面，丰富并完善了整个制备体系。同样地，以阴离子型聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)模板与PAANa和PSSNa共混合模板可以同样实现TiO2的成功包覆。
　　3、基于无皂乳液聚合，制备得到表面羧基化的共聚（苯乙烯-丙烯酸）P（St-co-AA）微球模板，在乙醇体系中，探究了NH4OH用量与TEOS用量等对复合微球制备结果的影响;在合适的NH4OH与TEOS配比下制得了SiO2@P(St-co-AA)复合微球，并且以有机溶剂二氯甲烷(CH2Cl2)去除模板效果良好，得到了形貌完整的H-SiO2微球;对比试验发现，减小P（St-co-AA）模板表面羧基含量后不能在模板表面成功包覆SiO2，验证了表面羧基含量在包覆过程中的重要作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 中空纳米微球的制备方法

1．2．1 模板法

1．2．2 无模板法

1．3 中空纳米微球的应用

1．3．1 催化领域

1．3．2 电化学领域

1．3．3 吸附与分离领域

1．3．4 生物医学领域领域

1．4 课题选题意义与研究内容

1．4．1 中空纳米微球分析与本课题选题意义

1．4．2 本课题的研究内容

第二章 水溶性聚合物模板法制备H-SiO2微球

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 样品制备与制备过程简略图

2．2．3 样品表征

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 PAANa溶液的浓度对纳米粒子的影响

2．3．2 以水溶性的阴离子PAANa纳米粒子为模板制备H-SiO2微球

2．3．3 以水溶性阴离子模板制备H-SiO2微球的形成原理分析

2．4 H-SiO2微球的吸附性能研究

2．4．1 实验部分

2．4．2 实验结果与讨论

2．4．3 小结

2．5 本章小结

第三章 水溶性聚合物模板法制备H-TiO2微球

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与仪器

3．2．2 样品制备与制备过程简图

3．2．3 样品表征

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 以水溶性PAANa模板制备H-TiO2微球

3．3．2 以水溶性PSSNa模板制备H-TiO2微球

3．3．3 以PAANa／PSSNa混合水溶性聚合物模板制备H-TiO2微球

3．4 本章小结

第四章 以表面为亲水性结构的聚合物模板制备H-SiO2微球

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂与仪器

4．2．2 样品制备与无皂乳液聚合装置图

4．2．3 样品表征

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 引发剂的量对无皂乳液聚合产物的影响

4．3．2 以P(St-co-AA)聚合物微球为模板制备H-SiO2微球

4．4 本章小结

第五章 全文总结与未来展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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