以两亲性嵌段共聚物为模板制备不同形状的纳米粒子

摘要

本论文主要研究了两亲性嵌段共聚物聚氧乙烯-b-聚乙烯基吡啶(PEO-b-P2VP)和聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶(PS-b-P2VP)在稀溶液中的自组装行为，利用功能基团PVP与氯金酸(HAuCl4)的络合作用，得到了形态新颖的复合胶束，研究了这些复合胶束的形成过程，探讨了影响胶束形态的各种因素。并以嵌段共聚物胶束为模板，进一步制备了不同形态的纳米粒子。
　　 首先，研究了PEO-b-P2VP在四氢呋喃中的自组装行为，成功得到了不具有对称中心的两面胶束，并通过实验研究两面胶束的形成过程。结果表明，在选择性溶剂中，加入一定量的酸，如HC1或HAuCl4，当达到临界浓度时，P2VP与酸发生络合，自组装形成以不溶嵌段P2VP为核，可溶嵌段PEO为冠的胶束。当向体系中加入路易斯碱，吡啶单元去质子化，形成了具有不对称中心的两面胶束。
　　 其次，利用PEO-b-P2VP在选择性溶剂中形成的胶束为模板，成功制备了金纳米线。在选择性溶剂中，PEO-b-P2VP自组装可形成以P2VP为核，PEO为冠的胶束。当把胶束溶液旋涂在硅片基质上，得到了PEO-b-P2VP网状聚集体。以PEO-b-P2VP胶束为模板，通过P2VP与HAuCl4的络合作用，载入金，当用等离子体除去嵌段共聚物后，得到了金纳米线的网状结构。
　　 再次，利用PS-b-P2VP和PEO-b-P2VP与金的前驱体HAuCl4的络合作用，通过紫外照射还原法，分别制得了核-壳结构的金纳米粒子。结果表明，金纳米粒子的尺寸、形状可以通过控制HAuCl4的比率，嵌段共聚物的浓度来调控。以金纳米粒子为核，嵌段共聚物为壳的结构使得金纳米粒子具有了新的化学性质和物理特性，如稳定性，pH敏感，生物活性等，干燥后的金纳米粒子可以溶解于水，各种有机溶剂中。基于它在不同pH值缓冲溶液稳定存在，表明该方法制备的金纳米粒子在生物领域有很大的应用前景。
　　 利用溶胶-凝胶法，在TiO2体系中引入金纳米粒子，成功得到了具有核壳结构的Au-TiO2复合纳米粒子。结果表明：通过控制加入溶胶-凝胶的组分，pH等条件，可以调控Au-TiO2复合纳米粒子的形态与尺寸。经紫外光照射降解除去嵌段共聚物后，形成了具有不对称结构的金属-金属氧化物纳米粒子。通过观测不对称Au-TiO2复合纳米粒子作为光催化剂对水中有机染料亚甲基蓝的降解效果，对不对称Au-TiO2复合纳米粒子的光催化性能进行了研究。实验表明，在近紫外光照射条件下，不对称Au-TiO2复合纳米粒子表现出良好的催化性能，可以使亚甲基蓝完全褪色。其效果明显优于在相同条件下制备的TiO2纳米粒子和Au/TiO2共混纳米粒子。