两亲离子液体为修饰剂和模板剂合成PMMA/Au微球及嵌Au复合多孔氧化硅

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本文主要研究以两亲离子液体(amphiphilic ionic liquids,AILs)为桥连剂在PMMA微球上锚定Au纳米微粒(Au NPs),形成PMMA/Au微球;并以PMMA/Au微球和两亲离子液体为模板合成嵌Au复合有序多孔氧化硅,对嵌Au复合有序多孔氧化硅的吸附与催化性能也进行了初步的探索。主要内容体现在以下4个方面。第一,在合成不同球径大小的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)乳球的基础上,对其表面采用咪唑型两亲离子液体(氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑,简称为AIL16)进行了修饰研究,SEM和电泳实验发现在质量比m(AIL16)/m(PMMA)=5:1时可获得较高的Zeta电势值(+72 m V),即AIL16在球形的PMMA微球(200 nm)表面可以形成了一种密堆积结构,即形成带正电荷的PMMA/AIL16微球。第二,采用柠檬酸盐(Cit.-)为还原剂和稳定剂或Na HB4为还原剂、Cit.-为稳定剂的方法制备了带负电荷的Au纳米微粒(Au NPs-Cit.-),并将其静电吸附锚定在PMMA/AIL16微球上。TEM测试发现,10 nm的Au NPs只能以十几个微粒吸附在一个PMMA/AIL16微球上,而3.5 nm的Au NPs则可以相对密集一些锚定在PMMA/AIL16微球上,形成PMMA/AIL16@(3.5 nm)Au NPs-Cit.-复合微球。研究也发现利用带正电荷的PMMA/AIL16微球吸附AuCl4-,再进行原位还原过程,可以制备27.4 nm的Au NPs离散分布锚定在PMMA/AIL16微球上的PMMA/AIL16@Au NPs复合微球。以两亲离子液体AIL16为稳定剂先合成带正电荷的Au NPs-AIL16微粒,则可以将其锚定(静电吸附)在未修饰的PMMA微球表面上,制备出约2 nm Au NPs-AIL16微粒均匀分散在PMMA微球上的PMMA/Au NPs-AIL16复合微球。第三,小角-XRD、TEM、N2吸附-脱附实验测试表明,以PMMA/AIL16@Au NPs-Cit.-微球(或PMMA/AIL16@Au NPs微球)为大孔模板剂,AIL16为介孔模板剂,TEOS为硅源,通过酸性的溶胶-凝胶等过程可以制备912.17 m2/g的BET比表面积、2.94 nm的平均孔径、具有球形大孔、大孔孔壁由高度有序的介孔孔道组成、Au NPs离散分布在大孔内壁的嵌Au双孔氧化硅(Au@macropore/SBA-3)。而通过碱性水热条件下制备的嵌Au双孔氧化硅(Au@macropore/MCM-41),其品质不如Au@macropore/SBA-3。此外,小角-XRD、TEM、N2吸附-脱附实验测试也发现,在亲水的Au NPs和Fe3O4/SDS/AIL16微粒的分散液中,以AIL16为介孔模板剂,在碱性水热条件下,可以合成920.54m2/g的BET比表面积、2.5 nm的平均孔径、具有Au和Fe3O4NPs纳米微粒随机嵌入高度有序介孔氧化硅孔道网络的嵌-Au-Fe3O4介孔氧化硅(Au-Fe3O4/MCM-41)。第四,嵌Au双孔氧化硅(Au@macropore/SBA-3)在对硝基苯酚(4-NP)还原为对氨基苯酚的反应中具有明显的催化特性,能在大约30 min内即可使4-NP的催化还原反应完成(而在无催化剂时60 min时也几乎观察不到任何产物的迹象)。同时,实验也对嵌Au介孔氧化硅(Au-Fe3O4/MCM-41)吸附两种染料(亚甲基蓝和臧红T)的性能进行了研究,发现嵌Au介孔氧化硅有较强的吸附性能(5分钟内使得脱色率达到98%以上),并在外磁场下可以将快速从溶液中分离。
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