具有垂直孔道外壳的大孔径磁性介孔核-壳微球合成研究

将磁性材料与介孔材料相结合创造性合成具有磁响应性能的介孔材料是近年来功能材料的研究热点之一。大多数已报道的磁性介孔材料存在磁性差、孔道不易接近且有序度低、孔径较小等缺点，从而限制了其实际应用。本研究拟采用改进的溶剂热合成法制备单分散、强磁性的超顺磁Fe3O4颗粒，并采用溶胶-凝胶法在其表面沉积致密SiO2保护层，获得Fe3O4@SiO2微球；随后对该微球进行表面修饰并以其为种子，以不同分子量的大分子嵌段共聚物作模板，使用各种骨架前驱体，运用各种界面组装与合成策略（如醇-水相或水相共沉积、限制空间下溶剂挥发组装等）在Fe3O4@SiO2微球表面生长一层垂直介孔外壳；通过调节Fe3O4@SiO2微球表面性质，控制合成体系的酸碱度、离子强度等条件，合成一系列具有核壳结构、不同组成、垂直孔道、大孔径（3-20 nm）强磁性(>30 emu/g)的磁性介孔微球，从而促进功能介孔材料合成及应用的发展。

磁性介孔材料兼具磁性纳米材料的优点（超顺磁性、尼尔弛豫效应、易于回收等）和介孔材料的特点（比表面积高，孔体积大、骨架组成多样），因此在催化、传感、药物载体等方面具有十分诱人的应用前景。本项目针对常规磁性介孔材料孔径小（< 3 nm）、孔道连通性差等缺点，提出大分子嵌段共聚物为模板剂的界面沉积和组装思路，设计合成核壳结构的大孔径磁性介孔微球材料。三年来，项目研究进展顺利，发展了胶体界面组装合成法、基于3-D大孔材料为模板的限域组装合成法、水热刻蚀造孔法等新型合成方法，实现了磁性大孔径介孔二氧化硅、介孔碳、介孔二氧化钛等材料的合成，发展了相关材料的合成方法学。为进一步开展了磁性介孔材料在催化、吸附等应用研究奠定了理论基础和物质基础。课题研究取得了丰富的成果，发表了19篇标注基金号的SCI论文，包括J. Am. Chem. Soc.（4篇，均为通讯作者）、 Angew. Chem. -Int. Ed. (3篇，均为通讯人作者)，Adv. Mater. (2篇，均为通讯作者) 、 Advanced Energy Materials（1篇，通讯作者）等顶级化学与材料刊物上发表的论文。项目执行期间获得授权中国发明专利6项，新申请5项中国发明专利。