Synthesis, structure and properties of functionalized mesoporous hybrid materials

功能化介孔杂化材料的合成、结构与性能

基本信息

批准号：
18F18768
负责人：
海野雅史
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-11-09 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ゾル－ゲル化学で合成できる材料は多岐にわたるが、本研究では特にメソポーラス（中程度の空孔を有する）有機－無機ハイブリッド材料に様々な官能基を組み込むことで新しい機能を見出すことを目的とした。具体的な取り組みとして、異なった置換基、反応条件の違いによる材料の構造やモホロジーの違い、さらに材料の吸着能特性に注目した。まず、2つの異なった置換基または鎖長を有するシルセスキオキサンにテトラエトキシシラン（TEOS）を混合し、ゾル－ゲル条件で縮合させた。ヘキサデシルアンモニウムブロミド（CTAB）を空孔生成物質として共存させ、塩基性条件で反応を行った。これにより、多層構造を有するメソポーラスハイブリッドナノ粒子が得られる。酸性条件下での合成では空孔形状が揃わなかった。更に空孔形状を向上させるため、メシチレンとKClを用いた。テンプレートを除くために塩酸の１％アルコール溶液を用いて洗浄した。材料の構造とモホロジーに影響する要因を調べるため、以下の点について調査を行った。（１）原料を加える順序（２）界面活性剤を抽出する方法（３）シラノール前駆体の量（TEOS）（４）置換基の種類（５）シルセスキオキサン前駆体の濃度（６）官能基の数と有機部位の鎖長得られた材料については、以下の分析機器を用い構造とモホロジーを決定した。SEM、TEM/TEM-EDX、固体NMR（29Si、13C、１H）、窒素吸着分析と空孔分布（BET、PSD）、FT-IR、小角X線回折（SAXS）、熱分析（DTA/TG-MS）、X線蛍光分析（XPS）。これらの測定により、以下の結果が得られた。（１）合成したすべての材料は均一なメソポーラス構造を有する2官能性の有機－無機ハイブリッド材料であった。（２）１から５の条件により、テクスチャ特性、マイクロ孔サイズ、CO2吸着において変化が見られた。

使用溶胶-凝胶化学可以合成多种材料，但本研究的目的是通过将各种官能团纳入介孔有机-无机杂化材料（具有中等孔径）来寻找新功能。具体方法是重点关注不同取代基和反应条件导致材料结构和形貌的差异，以及材料的吸附性能。首先，将具有两个不同取代基或链长的倍半硅氧烷与四乙氧基硅烷（TEOS）混合并在溶胶-凝胶条件下缩合。十六烷基溴化铵(CTAB)作为造孔物质存在，反应在碱性条件下进行。由此，获得具有多层结构的介孔杂化纳米粒子。在酸性条件下合成时，孔形状不均匀。此外，使用均三甲苯和KCl来改善孔形状。使用1%盐酸酒精溶液进行清洗以除去模板。为了研究影响材料结构和形貌的因素，我们研究了以下几点： (1) 原料添加顺序 (2) 表面活性剂的提取方法 (3) 硅烷醇前体（TEOS）的量 (4) 取代基的种类 (5) 倍半硅氧烷前体的浓度 (6) 官能度有机物的基团数和链长使用以下分析设备测定所得材料的结构和形态。 SEM、TEM/TEM-EDX、固态NMR（29Si、13C、1H）、氮吸附分析和孔分布（BET、PSD）、FT-IR、小角X射线衍射（SAXS）、热分析（ DTA/TG-MS)、X 射线荧光光谱法 (XPS)。这些测量得出以下结果。 (1)所有合成的材料均为具有均匀介孔结构的双功能有机-无机杂化材料。 (2)观察条件1～5下织构性质、微孔尺寸和CO2吸附量的变化。