共模板法合成介孔材料的研究-化学工程毕业论文开题报告

天津大学硕士研究生天津大学硕士研究生 选题报告及论文工作计划表选题报告及论文工作计划表 硕士生姓名 孙莉莉 学号 2016207470 入学年月 2016 09 所 属 学 院 化工学院 专业 化学工程 专 导师姓名 唐韶坤 课题名称 共模板法合成介孔材料的研究 1 课题来源 1 导师研究课题的一部分 2 自己选择课题 3 其它 选一项打 2 项目所属性质 1 基础研究 2 应用基础研究 3 应用研究 4 开发研究 5 工程设计 选一项打 3 预计论文完成时间 2019 年 06 月 30 日 选 题 报 告 时 间 2017 年 09 月 30 日 参加报告范围及人数 课题组及评议组成员 共 17 人 评议组成员姓名 王涖 刘国柱 王庆法 王华 唐韶坤 职 称 教授 教授 副教授 副研究员 教授 1 拟选课题国内 外的研究动态 水平 存在问题 并附主要参考文献 介孔材料因具有孔道结构规则有序 孔径分布窄 比表面积大和孔隙率高等 优越性能 在催化 电 磁 传感器 纳米材料合成 光学器件和色谱载体等领 域具有广泛的应用 1 3 按照化学组成分类 介孔材料可分为硅基和非硅基 硅 基介孔材料可分为纯硅介孔材料和掺杂其他元素的介孔材料 非硅基介孔材料主 要包括碳 过渡金属氧化物 磷酸盐以及硫化物 4 5 1 1 介孔材料制备方法 介孔结构的制备方法主要有溶剂热合成法 溶胶 凝胶法和沉淀法等 而这 些方法合成介孔材料都离不开模板的致孔作用 根据模板性质的不同 又分为软 模板法和硬模板法 6 7 软模板法是指模板剂通过自组装形成介孔结构的模板 从而诱导介孔的形成 硬模板法基本原理是以微纳米粒子为模板 前驱物或目标 材料在模板表面表面通过一定的方法逐渐沉积 形成核壳复合结构 然后 通过 相应的物理或化学方法除去模板而保留壳层从而得到相应的空心结构 关于介孔 材料合成的模板作用机理 主要有液晶模板机理 LCT 8 与协同组装机理 CFM 9 LCT 机理认为介孔结构依赖于表面活性剂的碳氢链的长度 表面活性剂浓度 的变化和有机溶胀剂的作用 CFM 机理认为无机物种与有机分子之间的协同合 作共同组装生成有序排列的介观结构多聚的硅酸盐阴离子与表面活性剂阳离子 发生电荷匹配作用 在表面活性剂胶束界面区域的硅酸根聚合改变了无机层的电 荷密度 这使得表面活性剂的疏水链相互接近 无机物种和有机物种之间的电荷匹 配控制表面活性剂的排列方式 10 13 1 2 模板法在合成介孔材料中的应用 目前国内外对于通过模板合成介孔材料的研究可大致分为以下几个方面 以单一的表面活性剂 超分子凝胶等作为模板或者其中两种模板的组合来合成介 孔材料 通过改变制备方法 模板的种类等条件合成具有不同形貌和性能的介孔 材料 Wu 14 等人在碱性条件下成功制备了一系列具有明确形貌和多孔结构的介 孔二氧化硅纳米粒子 MSNs 其中使用十六烷基三甲基溴化铵 CTAB 作为 结构导向剂 乙酸乙酯 EA 作为共模板 乙醇和水作为共溶剂 通过简单地 调节反应前躯体中乙醇的体积 获得了三叶虫样纳米颗粒 具有平行和自由孔的 独特纳米球和蠕虫状孔结构纳米颗粒 此外 MSN 显示出良好的对于布洛芬 IBU 负载药物的储存能力 当用作构建新型官能化 Au MSN 纳米复合材料 时 显示出降低 4 硝基苯酚 4 NP 的优异催化活性 Zhou 15 等人提出了一种 合成具有可调壳体厚度和孔径的均匀中空介孔二氧化硅纳米粒子 HMSN 的简 便方法 在该方法中 首先通过原子转移自由基聚合 ATRP 合成了一系列具 有不同疏水嵌段 PS 长度的聚苯乙烯 b 聚丙烯酸 PS b PAA 的两亲嵌段共 聚物 随后将合成的 PS b PAA 和十六烷基三甲基溴化铵 CTAB 用作共模板 来制备 HMSN 这种方法可以简单地通过改变 PS b PAA 和 CTAB 的量来控制 合成 HMSN 的壳厚度和孔径分布 1 3 超分子凝胶体系及其用于介孔结构构建的研究 超分子凝胶是通过分子间氢键 范德华力 配位作用 偶极 偶极 作用 亲 疏水作用等非共价键作用以及他们之间的协同作用自发的聚集 组装 成三维网状结构 16 根据凝胶因子种类不同有胆固醇衍生物类 氨基酸及其衍 生物类 糖类化合物等 这些分子水凝胶由于其生物相容性和低毒性等 在生物 材料 药物传输和释放 以及组织工程等方面都有很大的应用前景 17 20 Yao 21 等人利用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠 SDS 或十二烷基苯磺酸钠 SDBS 与非离子表面活性剂 P123 进行复配 利用其独特的胶束行为 组装得到了具有 立方双连续结构的二氧化硅分子筛材料 Li 22 通过双重模板法合成了具有可调壳 厚度的多层中空介孔有机硅 PMO 纳米球 三嵌段共聚物 Pluronic P123 和混 合表面活性剂 CTAB SDS 作为双重模板 使用 1 4 双 三乙氧基甲硅烷基 苯 BTEB 作为有机硅前体 在合成中 用不同的 CO2压力合成单壳和多壳中 空纳米球 此外 中空 PMO 纳米球的壳厚可以简单地通过调节 CO2 压力来调节 通过条件超分子凝胶的浓度可诱发不同介孔材料的生长 因此 超分子凝胶成为 介孔材料合成的理想的模板 尽管目前有关凝胶体系中介孔材料的合成的研究并 不多 然而基于分子凝胶的优点 凝胶的三维网络结构 网络纤维的定向生长等 有利于有序介孔材料的构建 23 1 4 离子液体用于介孔材料构建的研究 离子液体作为一种绿色溶剂 因其较宽的液体稳定范围 较低的蒸汽压 适宜的粘度 较强的溶解能力等性质 被广泛用于反应 分离 电化学等领域 Zhang 24 等人通过改变PIL含量 通过调节十六烷基三甲基溴化铵 CTAB 和质 子离子液体 乙酸三丙胺 之间的相互作用 获得了具有径向定向通道的介孔二 氧化硅纳米球 随着PIL含量的增加 粒径减小 球体是其从中心到外表面的径 向取向的孔结构 本课题在本实验室合成的介孔材料的基础上 以离子液体和超分子凝胶作为 共模板 通过改变前躯体或制备方法等条件合成具有不同形貌与性质的介孔材 料 对共模板的作用机理进行研究 探究共模板对于介孔材料的合成及形貌调控 的通用方法 并以介孔材料作为载体 制备负载型的催化剂 探究介孔材料在催 化方面的应用 主要参考文献 主要参考文献 1 Acosta C P rez Esteve E Fuenmayor C A et al Polymer Composites Containing Gated Mesoporous Materials for On Command Controlled Release J ACS Applied Materials 4 2018 04 2018 07 以超分子凝胶和离子液体为模板合成介孔材料 并优化合成条件 提高材料的热稳定性 5 2018 08 2019 01 共模板合成有序介孔材料可控合成的机理研究 6 2019 02 2019 05 补充 整理数据 撰写毕业论文 毕业答辩 4 导师对硕士生选题报告的评语 硕士生对国内外文献 动态 水平是否了解 清楚 所选课题是否适当 正确 预期目标能否达到 理论和实际应用的价值如 何 路线和措施是否具体可行等 孙莉莉同学阅读了大量国内外学术文献 对所研究领域国内外的研究现状和 发展动态有较全面的了解 选题正确并具有重要的研究价值和科学意义 开题报告方案设计合理可行 技术路线和措施正确 预期目标可实现 同意开题 导师签