无机空心微球及杂化微球的制备表征与应用

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微纳米材料因其独特的性质一直都是研究的热点,人们致力于合成不同物质组成,结构和性质的微纳米材料。本文合成了一系列尺寸在微纳米级别的小球,探讨了其合成机理及进行了简单的应用测试。  第一章简要介绍了一般无机空心微球和rattle-type类空心微球常见的制备方法和应用领域,以及高分子刷的合成方法和应用领域。  第二章以蒸馏沉淀聚合法合成单分散的PMAA球,以NaOH对其表面进行离子化后通过静电和络合作用饱和吸附Mn2+离子,在外部包覆上含有致孔剂C18TMS的SiO2层,得到PMnO(OH)2@SiO2核壳型复合微球。600℃下煅烧,基于奥斯瓦尔德熟化机理,得到内层为Mn2O3外层为介孔SiO2(MS)双层空心微球,NaOH溶液去除介孔硅保护层,得到形貌完整的Mn2O3空心微球,在乙醇中有着良好的分散性。当煅烧温度逐步提高到700℃,800℃和900℃后,内外层出现融合现象,生成近似单层的Mn(Ⅱ)Mn(Ⅵ)3SiO12空心微球。  第三章以相似的步骤,在600℃下煅烧时制备了一系列的内层为过渡金属氧化物(ZnO,CuO,NiO,Fe2O3,CdO和CoO),外层为介孔二氧化硅的双层空心微球(记作MO@MS),以NaOH去除介孔硅层,得到一系列形貌完整的金属氧化物。提高煅烧温度到900℃,基于金属元素本身的性质,相较之600℃下得到的产物,发生了相应的结构和成分的变化。Zn,Cd,Co这三种元素,内外层出现融合现象,生成近似单层的金属硅酸盐空心微球。Ni元素生成了结晶更为完善的双层空心微球,Cu元素生成了多层空心微球,Fe元素依然为无定形态的双层空心微球。  第四章以表面修饰有烷基溴基团的SiO2微球为引发剂,表面引发ATRP聚合接枝上聚甲基丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯分子刷(PDMAEMA),生成SiO2-g-PDMAEMA杂化微球。以相应的金属盐为前驱体,原位还原在PDMAEMA分子刷上负载上金属纳米粒子(Ag,Pd),负载后对4-NP到4-AnP的还原反应展现出良好的催化性能。  第五章以一种通用的方法制备了一系列具备不同功能性内核(SiO2,Au,γ-Fe2O3,Fe2O3)介孔二氧化硅外壁的rattle-type结构。首先在功能性内核外部包覆上PMAA层,随后再包覆上含有致孔剂C18TMS的SiO2层,生成三明治结构的核壳型微球,煅烧除去PMAA层和致孔剂C18TMS,即制备出含有不同功能性内核和介孔二氧化硅外壁的rattle-type结构,在制备过程中,PMAA层既作为牺牲层又作为SiO2层包覆的位点。以SiO2功能性内核为例,探讨了目标rattle-type结构的可调节性。
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