有机—无机杂化纳米复合空球的制备及性能研究

摘要

近年来，空心微球和有机-无机杂化纳米复合微球的研究备受关注。空心微球作为一种新型材料，具有比表面积大、密度小、中空部分可容纳客体分子等优点；有机-无机杂化纳米复合微球则兼有有机材料和无机材料的特点，既具有有机相的易加工性和韧性，又具有无机材料的刚性及电学、光学、磁学等特殊的功能性。因此，将两者结合，制备性能优异且具有空心结构的有机--无机杂化纳米复合微球，有着深远的理论意义和应用前景。本文分别以两种有机聚合物微球为载体，利用无机纳米粒子与聚合物链段中的基团的相互作用，制备了具有空心结构的有机-无机杂化纳米复合微球。具体研究内容如下：
　　(1)以温敏性的聚合物微凝胶聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)为载体，制备PNIPAM-Ag纳米复合微球。首先，采用“自迁移法”一步制备PNIPAM空心微球，再以其作为载体，利用PNIPAM链段中的氨基与Ag+离子的络合作用，在PNIPAM的凝胶网络中原位生成Ag纳米粒子，形成空心PNIPAM-Ag纳米复合微球。结果表明，该空心PNIPAM-Ag纳米复合微球具有显著的温敏特性。同时，该复合微球保持了Ag纳米粒子的催化特性。以其作为催化剂催化硼氢化钾还原4-硝基酚的实验结果表明，该复合微球的催化性能也具有温度可调控性，催化活性随着温度的变化可划分为五个阶段。
　　(2)一步法合成具有空心结构的聚苯乙烯/稀土纳米粒子(PS/REDNPs)杂化微球。首先，借助乳液聚合制备表面羧基功能化的单分散PS微球，再以其为模板在PS表面组装不同的REDNPs，如LaF3：Eu3+，LaF3：Ce3+-Tb3+和YVO4：Dy3+。由于稀土纳米晶粒空隙间存在巨大的毛细管作用力，在组装的过程中，线型PS链段迁移到无机纳米粒子间的间隙中，形成PS/REDNPs杂化空心微球。本方法首次以聚合物为模板合成了稀土纳米粒子杂化空心结构，且其过程简便易行，得到的杂化空心微球具有较好的荧光性能，可以用于化学检测和生物应用等领域。