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科技前沿
兰州化物所实现大规模合成大脑皮层状介孔二氧化硅基复合材料
2015-12-04 10:14:57 来源:兰州化学物理研究所 作者: 【 】 浏览:1290次 评论:0

介孔二氧化硅材料是一种具有高比表面积、大孔容、形貌和尺寸可控的新型无机材料,它兼具了介孔材料和二氧化硅材料的双重特性,在催化、分离、生物医学、传感器等领域应用前景广泛。十六烷基三甲基溴化铵作为一种常见的阳离子表面活性剂在介孔二氧化硅材料的制备中被广泛使用,但是所制备的介孔二氧化硅材料介孔孔径难以超过4nm。然而,在众多应用领域中,如蛋白质运输等方面,只有当介孔尺寸大于10nm时才能满足实际应用的要求,通常将这类材料称为大孔介孔二氧化硅材料。目前已知的制备大孔介孔二氧化硅材料的方法均存在一定的不足,如颗粒尺寸太大无法满足生物医学的要求、难以功能化、难以大规模生产等。

中国科学院兰州化学物理研究所研究员王齐华带领的小组发展了一种简单高效、适于大规模生产的制备单分散功能化的大孔介孔二氧化硅基材料的方法。该小组着眼于氧化硅框架结构的设计,试图通过有机硅烷的引入构筑有机-无机杂化壳层。相对于无机部分,有机硅烷杂化部分抵抗碱刻蚀的能力更弱。他们采用乙烯基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯共水解/缩聚构筑了有机-无机杂化壳层,结合选择性刻蚀的思路一锅法制备了大脑皮层形貌的介孔氧化硅基核-壳结构。

通过调控有机硅烷的量和刻蚀时间,他们实现了对介孔孔径、材料形貌的有效控制。表面介孔孔径最大可达~19nm,孔体积可达1.29cm3g-1。此外,部分刻蚀下来的低聚硅酸盐会在刻蚀部分再次发生自组装,使介孔孔道内存在大量暴露的乙烯基,利用这一特点可在孔道内接枝温度响应性高分子聚(N-异丙基丙烯酰胺)制备温度响应性纳米反应器。在制备中间层介孔二氧化硅时,引入了荧光基团,使得最终产品展现出良好的荧光特性,扩展了所制备的材料在生物领域的应用前景。

该方法为大孔介孔二氧化硅基纳米材料的大规模制备提供了一种简单、高效的合成途径,有望在纳米反应器、药物缓释系统和生物成像等领域得到应用。相关工作发表在Nanoscale ( Nanoscale, 2015, 7, pp 16442-16450)上。

大孔介孔二氧化硅材料的制备示意图及形貌表征

所制备材料的荧光特性(a,b)及温度响应性(c,d)


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