（物理化学专业论文）介孔二氧化硅的温和条件合成.pdf

中文摘要 的生成机理。 2 ) 以s e m和t e m详细考察了 合成介孔二氧化硅中空管的 形貌和孔道结构。 提出了介孔二氧化硅管的形成机理。 n a 2 e d t a在合成中有三方面的作用:1 ) 作 为t e o s 的水解催化剂，2 )与阳离子表面活性剂c t a b作用形成e d t a - c t a b 胶束共组装体，从而作为介孔二氧化硅的 模板， 3 )原位析出的n a 2 e d t a晶体 作为硬模板导致了管状形貌的生成。 合成体系中加入乙醇到有利于管状形貌的 形成，提高了 介孔二氧化硅空管的产率，同时加入乙醇拓宽了介孔二氧化硅管 合成的 温度范围。 在近中 性p h下， 考察了 多种有机共溶剂体系中 合成的 介孔二 氧化硅形貌与添加的有机共溶剂介电 常数的关系。 3 ) 在c t e 的合成体系中加入z n s o 4 ， 发现可以明显提高介孔结 构的规整度， 结构由蠕虫孔变为规则的二维六方介孔结构。 z n s o 4 用量对合成产品的结构有很 大影响， 随 着n a 2 e d t a :z n s 0 4 从0 . 5 :0 . 5 变化到0 .5 : 0 . 1 ， 样品的d 值、 孔径及壁 厚逐渐递增。而不加入 n a 2 e d t a时，单独加入 z n s o 4 不能得到介孔材料。 n a 2 e d t a :z n s 0 4 从0 .5 :0 .5 下降 到0 . 1 : 0 . 1 时， 其孔径和d 值均缩小。 另 外采用 e d t a n a f e 代替n a 2 e d t a合成了f e 含量6 . 9 w t % 的介孔f e - s i 0 2 1 x r d和n 2 吸 附的表征表明 得到的杂原子介孔结构d 值为3 . 7 n m ，孔径在超微孔范围，比 表 面 积7 5 8 m 2 / g o e l e c t r o n p a r a m a g n e t i c r e s o n a n c e ( e p r ) 表 征 证明 部 分f e ( i i i ) 进 入 介孔骨架中。 采用此方法我们可以 将其它金属引入介孔二氧化硅骨架中。 4 ) 在不添加任何酸碱的中性条件下， 利用n a n 氏对t e o s 水解的 催化作用， 合成了介孔二氧化硅。 n 0 3 一 在合成过程中 起到双重作用，一是作为 t e o s水解 催化剂， 二是与c t a 十 结合形成长的柱状胶束。 在 1 0 的低温下， 合成了产率近 1 0 0 % 的介孔二氧化硅纤维，纤维具有六方截面，直径为2 0 0 -4 0 0 n m。温度对 合成样品的结构和形貌影响很大，温度过低没有固体产品生成，温度升高介孔 有 序 度下降 ， 同 时 形貌变为小 颗 粒聚 集 体。 采用 其它 金属硝酸盐如a l ( n 0 3 ) 3 合 成，得到介孔材料的结构有序度和比表面积都有很大程度的提高。 5 ) 在p h = 5 .2 的 近中 性体 系中 ， 以 三 嵌 段 共聚 物p 1 2 3 为 模板 剂 ， 在n a 2 e d t a 盐的存在下在 1 8 合成了高产率具有片状形貌和规则六方排列结构的 s b a - 1 5 介 孔 分 子 筛 。 样 品 焙 烧 和 经z n s 0 4 溶 液 洗 涤e d t a 后， 比 表 面 积 为3 2 3 m 2 / g , 孔径为5 .2 n m。 室温近中性下添加盐类的合成方法， 拓宽了s b a - 1 5 介孔材料的 合成范围，同时对生物矿化有重要的启示意义。 中文摘要 关键词: 介孔二氧化硅、表面活性剂、自 组装、 n a 2 e d t a 、 硝酸盐、温和条件、 仿生合成、形貌 abs trac丁 ab s t r a c t b i o m in e r a l i z a t i o n i s t h e s t u d y o f t h e f o r m a t i o n , s t r u c t u r e a n d p r o p e r ti e s o f i n o r g a n i c s o l i d s d e p o s it e d i n b i o l o g i c al s y s t e m s . t h a t i s , u n d e r c e rt a i n c h e m i c al c o n d i t io n s , t h e in o r g a n i c i o n s i n s o l u t i o n a r e t r a n s f o r m e d t o s o l i d m i n e r al s u n d e r t h e s p e c i fi c c o n t r o l o f t h e o r g a n i c s p e c i e s . b i o m i m e t i c o r b i o - i n s p i r e d m a t e r i al s c h e m i s t ry i s c u r r e n t l y a p r o m i s i n g f i e ld t o s y n t h e s i z e fu n c t i o n a l i n o r g a n i c m a t e r i al s . t h e i n t e r a c t i o n o n t h e i n t e r f a c e o f i n o r g a n i c - o r g a n i c c o m p o s i t e s c o n t r o l s t h e g r o w t h o f i n o r g a n i c m a t e r i a l s a n d t h u s t u n e s t h e i r s t r u c t u r e s a n d m o r p h o l o g i s . o r d e r e d m a t e r i al s w it h m e s o s c al e s t r u c t u r e s , w h i c h a r e g e n e r al l y s y n t h e s i z e d t h r o u g h t h e c o o p e r a t i v e a s s e m b l y b e t w e e n a m p h i p h i l i c o r g a n i c m o l e c u l e so e m p l a t e s ) a n d i n o r g a n i c s p e c i e s , h a v e a t t r a c t e d g r e a t a t t e n t i o n d u e t o t h e i r p o t e n t i al a p p l i c a t i o n s t o c a t a l y s i s , s e p a r a t i o n s a n d n a n o d e v i c e s . h o w e v e r , c o m p a r i n g w i t h t h e b i o s i l i f i c a t i o n i n n a t u r e , t h e s y n t h e s i s o f mc m - 4 1 i s al w a y s u n d e r e i t h e r a c i d i c o r b a s i c c o n d i t i o n s a n d u n d e r h y d r o t h e r m a l t r e a t m e n t . i t i s a g r e a t c h a l l e n g e t o s y n t h e s i z e m e s o p o r o u s s i l i c a s u n d e r m i l d c o n d i t i o n s o f n e a r - n e u t r al p h a n d a t a m b i e n t t e m p e r a t u r e . t h e n e a r - n e u t r al - p h s y n t h e s i s c a n n o t o n ly b r o a d e n s o m e a p p l i c a t i o n s o f m e s o p o r o u s m a t e r i al s u c h a s i n - s i t u e n c a p s u l a t i o n , b u t al s o i n s p i r e t h e s tu d i e s o f b i o mi n e ml i -t i o n . i n t h i s t h e s i s , w it h s a l t s as t h e m i n e r a l i z a t i o n a g e n t s , m e s o p o r o u s s i l i c a s w i t h s p e c i f i c m o r p h o l o g i e s u n d e r m i l d c o n d i t i o n s o f n e a r - n e u t r al p h a n d a m b i e n t t e m p e r a t u r e w e r e s y n t h e s i z e d a n d w e r e c h a r a c t e r i z e d b y p o w d e r x - r a y d i f fr a c t i o n ( x r d ) , s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e ( s e m ) , t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y ( t e m ) , n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e ( n m r ) , f o u r i e r t r a n s f o r m i n fr a r e d ( f t i r ) a n d n 2 a d s o r p t i o n - d e s o r p t i o n , e t c . w e h a v e in v e s t i g a t e d : 1 ) t h e s y n t h e s i s o f t u b u l a r m e s o p o r o u s s i l i c a w i t h n a 2 e d t a as m i n e r al i z a t i o n a g e n t a n d c a t i o n i c s u r f a c t a n t c e t y l t r im e t h y l a m m o n i u m b r o m i d e ( c t a b ) as t e m p l a t e , 2 ) h i g h y i e l d m e s o p o r o u s s i l i c a f ib e r s w i t h n a n 0 3 as m i n e r a l i z a t i o n a g e n t a t l o w t e m p e r a t u r e a n d 3 ) p l a t e - l i k e s b a - 1 5 w i t h p l u r o n i c b l o c k c o p o l y m e r p 1 2 3 as t e m p l a t e u n d e r n e u t r al o r n e a r abs tract n e u t r a l p h . t h e m a i n c o n t e n t i n v o l v e s : 1 ) wit h t h e a i d o f t h e o r g a n i c s a l t o f n a 2 e d t a ( d i s o d i u m e t h y l e n e d i a m i n e t e t r a a c e t i c a c i d ) , w o r m h o l e - l i k e m e s o p o r o u s s i l i c a w i t h w a l l t h i c k n e s s o f a r o u n d 3 nn w as s y n t h e s i z e d a t n e a r n e u t r a l p h a n d r o o m t e m p e r a t u r e . t h e c h a r a c t e r i z a t i o n o f n 2 s o r p t i o n m e as u r e m e n t i n d i c a t e d t h e p o r e s i z e a n d s p e c i f i c s u r f a c e a r e a o f t h e c a lc i n e d m e s o p o r o u s s il i c a is 2 . 8 ru n a n d 7 0 6 m 2 /g , r e s p e c t iv e l y . b y d e c o n v o l u t i o n o f t h e 2 1 s i n m r s p e c t r a , t h e q 4 / q 3 r a t io s a r e d e t e r m i n e d t o b e 2 .5 ( as - s y n t h e s i z e d ) a n d 2 . 7 ( c a l c i n e d ) , w h i c h a r e h i g h e r t h a n t h o s e o f m e s o p o r o u s s i l i c a s y n t h e s i z e d u n d e r e i t h e r a c i d i c o r b as i c c o n d i t i o n s . t e m p e r a t u r e h a s a gr e a t i n fl u e n c e o n t h e m e s o s t r u c t u r e o f t h e p r o d u c t s . me s o p o r o u s s i l ic a c a n a l w a y s b e o b t a i n e d a t t h e t e m p e r a t u r e o f 2 - 1 5 0c , w h i l e t h e r e g u l a r i t y o f m e s o s t r u c t u r e d e c r e as d gr e a t l y o n c e t e m p e r a t u r e e x c e e d i n g 5 0 0c . t h e i n c o r p o r a t i o n a m o u n t o f s u r f a c t a n t i n as - o b t a i n e d p r o d u c t i s l o w a n d t h e s u r f a c t a n t c a n b e e as i l y r e m o v e d b y e t h a n o l e x t r a c t i o n . b y c h a r a c t e r i z a t i o n s o f x r d , 从 a d s o r p t i o n - d e s o r p t i o n , s e m, a n d t e m, t h e e ff e c t s o f r e a c t a n t r a t i o a n d t e m p e r a t u r e o n t h e s t r u c t u r e a n d m o r p h o l o g y o f m e s o p o r o u s s i l i c a w e r e i n v e s ti g a t e d i n d e t a i l . me s o p o r o u s s i l i c a c a n a l w a y s b e o b t a in e d w i t h t h e r e a c t a n t c o m p o s i t i o n i n m o l a r r a ti o o f 0 .0 5 - -0 .2 c t a b / 0 . 1 - 2 t e o s / 0 . 1 - 0 . 5 n a 2 e d t a / 1 0 0 - 5 0 0 h 2 0 . a n in c r e as e o f t h e a m o u n t o f c t a b l e a d s t o a l a r g e r d s p a c in g v a l u e o f t h e m e s o s t r u c t u r e c o r r e s p o n d i n g l y . t e m p e r a t u r e h as a gr e a t i n fl u e n c e o n t h e m o r p h o l o g y o f m e s o p o r o u s s i l i c a . wi t h t h e i n c r e as e o f s y n t h e s i s t e m p e r a t u r e , t h e t u b u l a r m o r p h o l o g y t r a n s f o r m s t o p a r t i c l e a g gr e g a t e s . a f o r m a t i o n m e c h a n i s m o f ( s e - ) - i h as b e e n p r o p o s e d 2 ) b y t h e s e m a n d t e m c h a r a c t e r i z a t i o n s , t h e m o r p h o l o g y a n d p o r e c h a n n e l o f a s - o b t a i n e d m e s o p o r o u s s i l i c a t u b e s w e r e in v e s t i g a t e d i n d e t a i l . t h e f o r m a t i o n m e c h a n i s m o f t u b u l a r m o r p h o l o g y w as p r o p o s e d . i t i s c o n s i d e r e d t h a t n a 2 e d t a p l a y s t e rna ry r o l e s in t h e s y n t h e s i s o f m e s o p o r o u s s i l i c a , o n e as c a t a ly s t f o r t h e h y d r o l y s i s a n d c o n d e n s a ti o n o f t e o s , a n o t h e r i s t o c o - as s e m b l e w i t h m i c e l l e s o f c t a b t o g i v e r i s e t o t h e d i s o r d e r e d m e s o p o r o u s s t r u c t u r e o f s i l i c a a n d t h e o t h e r i s t o a c t as c rys t a l t e m p l a t e t o i n d u c e t h e f o r m a t i o n o f t u b u l a r m o r p h o l o g y . t h e a d d i t i o n o f e t h a n o l e as i l y i n d u c e s t h e f o r m a t i o n o f t h e m e s o p o r o u s s i l i c a t u b e s . a t n e a r - n e u t r a l p h , t h e c as e s o f a d d i t i o n o f v a r i o u s o r g a n i c c o s o l v e n t s a r e a l s o i n v e s t i g a t e d a n d i t h a s ab s t r ac t b e e n f o u n d t h a t t h e d i e l e c t r i c c o n s t a n t o f t h e a d d e d c o s o l v e n t e x e rt e d g r e a t i n fl u e n c e o n t h e m o r p h o l o g y o f t h e m e s o p o r o u s s i l i c a 3 ) i t h a s b e e n f o u n d t h a t t h e a d d i t i o n o f z n s 0 4 t o c t a b - t e o s - e d t a ( c t e ) s y n t h e s i s s y s t e m i m p r o v e s t h e s t r u c t u r e o r d e r g r e a t l y a n d m a k e s a s t r u c t u r a l t r a n s f o r m a t i o n fr o m w o r m h o l e - l i k e t o o r d e r e d h e x a g o n a l t e x t u r e . t h e a m o u n t o f z n s o 4 h a s a gre a t i n fl u e n c e o n t h e m e s o s t r u c t u r e . wi t h e d t a :z n s 0 4 i n c re a s i n g fr o m 0 .5 : 0 .5 t o 0 .5 : 0 . 1 , t h e d s p a c i n g v a l u e a n d w a l l t h i c k n e s s i n c r e a s e c o r r e s p o n d i n g l y m e s o p o r o u s f e / s i l i c a w i t h f e c o n t e n t a s h i g h a s 6 .9 w t % w as s y n t h e s i z e d b y u s e o f e d t a n a f e i n s t e a d o f n a 2 e d t a . x r d a n d n it r o g e n s o r p t i o n m e a s u r e m e n t s i n d i c a t e t h e o b t a i n e d p r o d u c t h a s a m e s o s t ru c t u r e w i t h d s p a c i n g v a l u e o f 3 .7 r u n , t h e s u p r a m i c r o p o r o u s c h a n n e l s w it h t h e b e t ( b r u n a u e r , e m m e tt学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、 缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目 录检 索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有 关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在 不以赢利为目的的前提下，学校可以 适当复制论文的部分或全部 内容用于学术活动。 学位论文作者签名 2 0 0 7 年 0 4 月 2 5日肖 i 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内 部 5 年 ( 最长5 年， 可少于5 年) 秘密*1 0 年 ( 最长 1 0 年， 可少于1 0 年) 机密2 0 年 ( 最长2 0 年， 可少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中已 经注明引用的内容外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 己 公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均己在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名:w f 2 0 0 7年 0 4 月2 5日 引 言 第一章 引 言 硅是地壳中丰度第二的元素，它以各种形式存在于自 然界中。自 然界中硅 主要以化合物的形式存在，而没有游离状态的硅。最重要的硅化合物是二氧化 硅、以 及各种硅酸盐和硅铝酸盐等。自 然界中的岩石、土壤、沙子等主要以 二 氧化硅或硅酸盐的形式存在，地壳的 9 5 % 是硅酸盐矿。硅及其化合物在材料科 学和信息技术等领域有广泛的用途，在半导体、计算机、建筑、通信及宇宙航 行、卫星等方面应用前景十分广阔， 硅酸盐工业在经济建设和日 常生活中有着 非常重要的地位。硅元素在地球化学研究、新材料开发及现代工业生产等方面 扮演着重要的角色，具有巨大的应用价值。 第一节 二氧化硅的用途和合成 随着科技工业化进程的深入，人们开发了多种以氧化硅为基质的材料，它 们在现代生活中起到了很大的作用，极大地方便了人们的生活。纳米二氧化硅 由于其特有的光、电、磁特性，以及在高温下仍具有的高强和高稳定性等性能， 可被广泛应用于橡胶、塑料、涂料、油漆等行业中;二氧化硅薄膜具有良 好的 硬度、光学、介电性质及耐磨、抗蚀等特性，在光学、微电子等领域有着广泛 的应用前景，是目前国际上广泛关注的功能材料。以硅氧四面体为主要结构单 元的沸石分子筛在石油化工、吸附分离、催化裂化等领域有着广泛的应用，现 在仍是催化材料研究领域的热点。 现阶段氧化硅材料的生产都是在比 较苛刻的条件下进行，如沸石分子筛需 要在高温、高压、强碱性的水热条件下合成等，这种高温、高压以 及腐蚀性原 料在很大程度上限制了硅及其化合物的生产和应用。相比之下，自 然界中的二 氧化硅依靠生物体的控制在非常温和的条件下就可以达到结构和微观形貌精巧 的控制。 第二节 自然界中二氧化硅的沉积 自然界中的硅藻、海绵等生物体内，无机生物矿物的生成及其特征性的微 引 言 机硅材料合成研究的前沿领域， 仿生合成也成为制备具有复杂形貌和多级结构 的 二氧化硅纳米复 合材料一 种 重要的 方法 5 , 6 . b r o tt等 在 高 分 子基 底上以 天然 硅藻中提取的硅蛋白 控制二氧化硅的沉积结构和形态， 制备了性能优异的光学 材料， 这一简单的 仿生合成加工方法对于新型光电 子器件制备有重要的价值 7 0 温和条件下的仿生合成方法对于在一些温度、环境敏感的基质上制备膜或复合 材 料具有独特的 优势。 从天然的 硅藻、海绵中 提取出的 硅蛋白 ， 可以 在中 性p h 值的 硅酸溶液中 诱导二氧化硅的 沉积 8 , 9 。 受此启发， 最近m o r s e 等首次以 人工 合成的含水溶性和非水溶性嵌段多肤共聚物为模板，在室温下的中性溶液中， 组 装合成了不同形貌的二氧化硅有序结构和二氧化硅中 空 球结 构 1 0 , 川， 寓示了 人工合成的双亲多肤对新结构和形貌的材料合成以及生物矿化机理研究的都具 有重要意义 1 2 1 . 1 .3 .3仿生合成 ( b i o m im e t i c s y n t h e s i s ) 仿生( b i o m i m e t i c s ) 通常指模仿或利用生物体结构， 生化功能和生化过程的 技术。把这种技术用到材料设计和制造中，有可能获得性能接近或超过天然材 料的新材料，如制备具有蜘蛛牵引丝强度的纤维，制备具有海洋贝类韧性的陶 瓷或贝类结构的复合材料等。自1 9 6 0 年s t e e l e 正式提出仿生学概念以来，仿生 研究逐渐为人们所重视。 近年来，随 着相关学科的发展及现代技术，尤其是微 观技术的进步，更促进了 仿生研究的 发展【 1 , 1 3 0 生物矿物 ( 如牙齿、骨骼、贝壳等)在材料的有序构建方面为材料学家提 供了很好的示范，以少量有机大分子 ( 蛋白质， 糖蛋白，或多糖)为模板，进 行 分子操作 ( m o l e c u l a r m a n i p u l a t i o n ) 形成高度有序的 复 合 无 机 材料。 以多肤为模板合成材料，是受到自 然界 s i 0 2 矿化过程的启发。 最近发现， 一些已经被分离并且被部分表征的蛋白质能够影响硅藻和海绵的二氧化硅沉积 1 4 。 硅藻是 单细 胞 生 物 体， 其 复 杂的 细 胞壁由 二 氧 化 硅 组 成( 图1 .3 ) o k r o g e r 小组将其细胞壁经氢氟酸浸泡，纯化出了一些与细胞壁中二氧化硅结合紧密的 多 肤的 低分子量片断 9 l - 测序 后发 现 这些肚链 ( 命名为s i l a ff i n s ) 中 含有大量的 修饰的赖氨酸残基， 其中最多的是有6 - 1 1 个n 一 甲 基丙胺重复单元的聚氨和甲 基 化的赖氨酸。这些多肢可以 在温和条件下催化硅酸溶液形成二氧化硅，并且其 改性的部分可控制所形成二氧化硅的形态。最近，这一小组又发现不同种类的 引 言 第六节 论文选题的意义和依据 硅和氧是地球上丰度最多的元素，研究二氧化硅的结构和形貌及形成机理 具有非常重要的意义。自然界中存在的很多海洋生物例如硅藻、放射虫等，其 非常美丽精巧的骨架就是由 二氧化硅材料组成的。人们一直追求着生物体中的 生物矿化机理，以 期望在仿生的条件下合成出 类似自 然界中存在的具有优异功 能的材料。研究表明，生物体中富集起来的过饱和硅是以有机硅氧烷的形式储 存的。因此仿生合成面临的主要问题是寻找温和条件下 ( 室温、中性)合适的 有机硅水解催化剂。 从己 经报道的工作来看， m o r s e 等 1 0 习 发现半胧胺可以 催化 t e o s和t mo s的水解缩合; a d a m s o n 等人合成了 聚胺类聚合物， 并发现其对 t e o s的水解聚合有催化作用;d e la k 等人发现小分子的胺类能催化有机硅氧烷 的水解。 上世纪9 0 年代出现的介孔材料的合成为研究仿生合成提供了很好的途径。 两者都是在有机大分子存在下， 利用有机一无机之间的相互作用，导向无机物 种的产生。 m a n n 和o z i n 在 ( n a t u r e 中的一篇综述首次将生物矿化和无机材料 形貌的形成结合起来，将化学研究应用于生物矿化和仿生材料化学，同时，生 物矿化的机理研究又对无机材料的合成具有启示意义 【 1 2 0 a 目 前介孔分子筛的合成绝大多数是在酸r碱性介质中， 在水热条件下进行的。 苛刻的合成条件限制了 其应用，并且得到材料的微观形态及物理特性也不能很 好地 控制 1 2 1 a 1 9 9 5 年p i n n a v a i a 小组最先报道了在室温中性条件下合成介孔分子筛h ms , 它是采用伯胺为 模板剂和 t e o s的水解促进剂， 在醇水体系中合成的具有蠕虫 孔结 构的 介孔分 子筛 3 4 . 然后他 们又 采用 p e o非离 子 表面活性剂为模 板， 在 中性水溶液体系下合成了ms u - x介孔分子筛 3 5 。 但是他们的合成具有以 下特 点:1 、合成的介孔分子筛具有蠕虫介孔;2 、采用的模板剂与传统合成用的模 板剂相比比较单一;3 、 没有考察合成的材料形貌。因此很有必要研究在传统的 合成介孔材料的体系中， 添加中性的有机硅催化剂，在中性的条件下来仿生合 成介孔材料。 仿生条件下合成具有特定形貌的介孔二氧化硅材料， 有望在催化、吸附分 离等化工领域有着广泛的应用以 及可能存在的优异的物理性能使其在物理学方 面有着潜在的用途。此外仿生条件下合成介孔材料，希望能对自然界中的仿生 引 言 矿化有所启示。 根据我们目 前已 经取得的进展来看，室温中性合成具有很大的发展空间。 l . 影响 介孔二 氧化硅 形 貌的主要因 素有: 表面活 性 剂、 p h 、 添加剂、 温度 等。 其中p h的影响是很关键的，目 前绝大多数的 介孔二 氧化硅形 貌的 研究集中 在酸性介质中，少数研究碱性介质中。二氧化硅的水解缩合动力学在中性介质 中会与酸碱性介质中有明显的不同，因此研究中 性体系下合成介孔二氧化硅具 有重要理论意义。 2 . 可以一步合成杂原子二氧化硅介孔分子筛。 很多人努力将杂原子如: a l , f e , g a , t i , n i , c o , c e 等引入介孔二氧化硅的骨架中以改变其无机壁的组成， 起到调变酸性或者产生氧化还原的特性，这可以大大拓宽其在催化领域的应用。 但是，在酸性体系下，金属离子的难以以四面体形式进入到分子筛的骨架上去， 因此往往得到的是负载型的杂原子分子筛:而在碱性体系下，金属氧化物的聚 合速度过快，容易形成氧化物固体，也难以 进入到分子筛的骨架中。中性条件 下合成为金属原子进入到介孔分子筛骨架提供了一个有效的合成方法。 3 .将酶固定在无机材料上可以 提高酶在极端条件下的稳定性、使酶催化具 有很高的 可操作 性， 因 而 具有很高的 实际 应用 前景。 包敷( e n c a p s u l a t i o n ) 在二 氧 化硅中可以提高细胞和酶在临床、传感、工业应用中的长效稳定性。包敷就是 将酶在惰性基质上简便的固载、操作和回收而不是通过共价键固定在基质上。 然而，典型的二氧化硅溶胶一凝胶合成要求在碱性或者酸性条件下水解前驱体 ( p r e c u r s o r s ) ， 而这牺牲了 酶或者活性细胞的完整性、 活性和寿命。 而如果在中 性条件下合成介孔二氧化硅，并将其应用到酶的包敷中，无疑是很有意义的。 而在室温中性条件下合成具有特定形貌的介孔二氧化硅具有潜在的应用价值和 理论研究价值。 第七节 参考文献 1 m a n n , s . b i o m i n e r a l i z a t i o n : p r i n c i p l e s a n d c o n c e p t s i n b i o i n o r g a n i c m a t e r i a l s c h e m i s t ry 2 0 0 1 , o x f o r d u n i v e r s it y p r e s s , i n c ., n e w y o r k 2 1 李坚 ， 邱坚 . 生 物 矿化 原 理 与 木 材 纳 米结 构复 合 材 料 . 林 业 科 学 . 2 0 0 5 , 4 1 ( l ) : 1 8 9 - 1 9 3 3 wh i t e s i d e s g m, ma t h i a s j p , s e t o c t . mo l e c u l a r s e l f - a s e e m b l y a n d n a n o c h e m i s t ry: a c h e m i c a l s t r a t e g y f o r t h e s y n t h e s i s o f n a n o s t r u c t u r e s . s c i e n c e , 1 9 9 1 , 2 5 4 : 1 3 1 21 3 1 9 引 言 4 d a n n . s y n t h e s i s o f h i e r a r c h i c a l m a t e r i a l s . t i b t e c h , 2 0 0 0 , 1 8 ( 9 ) :3 7 0 - 3 7 4 5 陈 荣， 韩万书 ， 王夔 . 生 物 矿化过程 及其模拟 化学进 展 ， 1 1 ( 2 ) :2 1 7 - 2 1 8 6 毛 传斌 ， 李 恒德 ， 崔福 斋等 . 无机材料的 仿生合 成. 化学 进展， 1 9 9 8 , 1 0 ( 0 3 ) : 2 4 6 - 2 5 4 7 b r o tt l , n a i k凡 p i k a s d , e t a l . u l tr a f a s t h o l o g r a p h i c n a n o p a tt e r n i n g o f b i o c a t a l y t i c a l l y f o r m e d s i l i c a n a t u r e , 2 0 0 1 , 4 1 3 : 2 9 12 9 3 8 p o h n e r t g b io m in e r a l i z a t i o n i n d i a t o m s m e d i a t e d t h r o u g h p e p t i d e - a n d p o l y a m i n e - a s s i s t e d c o n d e n s a t i o n o f s i l i c a a n g e w c h e m . , i n t . e d . 2 0 0 2 , 4 1 ( 1 7 ) : 3 1 6 7 - 3 1 6 9 9 k r o g e r n , l o r e n z s , b r u n n e r e e t a l . s e l f - a s s e m b l y o f h i g h l y p h o s p h o ry l a t e d s i l a ff i n s a n d t h e i r f u n c t i o n in b i o s i l i c a m o r p h o g e n e s i s . s c i e n c e , 2 0 0 2 , 2 9 8 : 5 8 4 - 5 8 6 1 0 c h a j n , s t u c 琦 g d , m o r s e d e , d e m i n g t j . b i o m i m e t i c s y n t h e s i s o f o r d e r e d s i l i c a s t r u c t u r e s m e d i a t e d b y b l o c k c o p o l y p e p t i d e s . n a t u r e , 2 0 0 0 , 4 0 3 , 2 8 9 - 2 9 2 1 1 w o n g m s , c h a j n , c h o i k s e t a l . a s s e m b l y o f n a n o p a r t i c l e s i n t o h o l l o w s p h e re s u s i n g b l o c k c o p o ly p e p t i d e s , n a n o l e t t , 2 0 0 2 , 2 ( 6 ) : 5 8 3 - 5 8 7 1 2 a ) h a rt g e r i n k j d , b e n i a s h e , s t u p p s i . p e p t i d e - a m p h i p h i l e n a n o f i b e r s : a v e r s a t i l e s c a ff o l d f o r t h e p r e p a r a t i o n o f s e l f - a s s e m b l i n g m a t e r i a l s . p r o c n a t a c a d s c i u s a , 2 0 0 2 , 9 9 ( 8 ) : 5 1 3 35 1 3 8 ; b ) h a rt g e r i n k j d , b e n i a s h e , s t u p p s i . s e l f - a s s e m b l y a