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本文首先概括了无机空心微球型材料的合成和应用,报告了近几年来无机空心微球的制备方法,如模板法、喷雾反应法等,并简要介绍了无机空心微球型材料在催化、药物控制释放和建筑材料等领域的应用。
在本文中,我们用聚苯乙烯-co-聚4-乙烯基吡啶(PS-co-P4VP)核壳微球为模板,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为制孔剂,利用四乙氧基硅烷(TEOS)在模板表面的导向性溶胶-凝胶(sol-gel)作用,合成了空心介孔二氧化硅微球。这种合成空心介孔二氧化硅微球的方法有两个重要的优点:第一,因为模板聚合物PS-co-P4VP表面含有路易斯碱P4VP,可以催化TEOS的凝胶.溶胶反应,所以可以使TEOS的溶胶-凝胶反应完全在模板微球表面进行,有效避免形成无规的二氧化硅副产物:第二,合成的二氧化硅微球壁厚可调。通过改变模板聚合物PS-co-P4VP和二氧化硅先驱物TEOS的投料比,我们成功制备出了壁厚从13nm到39nm不等的空心介孔二氧化硅微球。
我们利用聚4-乙烯基吡啶(P4VP)的强螯合性,制备出了低载体效应的金纳米粒子/介孔二氧化硅(Au@HMSM)蛋黄微球催化反应微反应器,并将其用于研究Au纳米粒子的催化。这种Au@HMSM蛋黄结构催化反应微反应器是一个很好的研究Au纳米粒子催化的模型催化剂。这是因为,首先,Au纳米粒子不是负载在载体上,而是悬浮于载体的空腔中,和载体没有接触,所以载体影响小;其次,二氧化硅壳层的介孔结构可以减小反应物和产物的传质阻力,进一步减小载体的影响:第三,我们可以通过改变制备过程中氯金酸(HAuCl4)和模板中P4VP的比例来调节Au纳米粒子的大小。这种微反应器的特点,为研究Au纳米粒子的催化提供了方便。我们选取4-硝基苯酚的催化还原反应为模型反应,研究Au纳米粒子的催化作用,发现在催化过程中,Au纳米粒子存在一个活化期(迟滞期),并且Au纳米粒子的活化时间(迟滞时间)和催化活性与Au纳米粒子的大小相关。