结构和表面基团对管状埃洛石负载活性的制约及其选择性调控

管状埃洛石是具有特殊纳米级管状微结构的天然矿物，其诸多潜在应用均与负载活性密切相关。探明埃洛石负载活性的制约机制与调控机制，不仅是理解埃洛石应用性质的矿物结构和化学本质的关键，也是建立埃洛石矿样评估与选择依据的前提，更是拓展其在负载、吸附等领域新应用的基础，具有十分重要的研究意义。.为此，本项目拟系统开展管状埃洛石的矿物结构和表面化学研究，探明矿物微结构和表面基团性质对其负载活性的制约作用与微观机制，建立利用选择性嫁接改造埃洛石表面基团性质、调控负载活性的系统方法，掌握核心影响因素、条件和机理。研究将显著提升对埃洛石矿物微结构、表面基团及其性质可控性的认知水平，为实现埃洛石表面性质的定向调控，进而显著提升其利用价值提供理论和实验依据。

对管状埃洛石的矿物学尤其是矿物表面化学及微结构开展系统研究，探索埃洛石管内/外和层间不同类型基团性质差异及其在热处理等条件下的活性变化，进而建立了对不同类型基团选择性接枝改性的方法，实现对相关表面性质针对性调控。已掌握埃洛石的矿物微结构特性、表面基团性质、有机硅烷性质及活化或接枝条件等因素对接枝改性和负载活性影响的关键机理，初步探索了管状埃洛石与其水合多型—高岭石的表面反应性、负载活性差异，以及埃洛石与一维集束状多孔坡缕石的表面反应性差异的结构本质。取得的主要亮点成果包括：（1）发现硅烷嫁接及层间甲基修饰对系列有机客体分子（药物、农药等）在埃洛石上负载及释放的影响和机理。1）提出了利用硅烷嫁接和层间甲基修饰提高极性药物活性分子负载的方法，探明了改性对于埃洛石负载药物活性分子的影响机理。2）发现了硅烷嫁接埃洛石后pH强化缓释行为差异的现象，探明了矿物结构特性与负载-缓释特性间的构-效关系，为拓展埃洛石在药物、农药负载等领域的应用提供了重要实验依据。（2）提出埃洛石、高岭石微结构对其嫁接改性和负载活性具有显著制约作用。1）在国际上首次发现反应温度对埃洛石、高岭石的层间铝醇嫁接反应具有强烈影响，控制反应温度可获得充分嫁接。2）发现高岭石矿物的结构有序度对高岭石的层间铝醇嫁接的影响机理。3）首次提出反应温度和初始高岭石有序度对“片-管”转化的影响和机制。成果可用于采用廉价高岭石制备形貌均匀的埃洛石纳米管，对扩展高岭石应用具有重要价值。（3）在埃洛石的微结构及其受热变化研究中，通过对世界多个矿样的研究，遴选我国山西高纯埃洛石，首次发现纳米管状埃洛石不同于高岭石的独特受热变化行为，包括：1）高岭石热相变中约900℃的富铝过渡相究竟为尖晶石结构Al2O3还是富铝莫来石，曾广受争议。我们采用高分辨透射电镜等手段证实，管状埃洛石热相变的富铝过渡相为纳米晶γ-Al2O3。2）发现：600-900℃时，埃洛石管外表面与结构中出现硅羟基（红外特征峰3745cm-1），该羟基具氘化和硅烷嫁接活性，这意味着，相应温度的煅烧埃洛石具有高表面反应活性。3）发现：埃洛石管状结构的微形貌和孔性耐热性高达约900℃。. 综上，本课题取得了超出预期的研究成果，相关工作不仅获得了对管状埃洛石结构、表界面反应性的理论新认识，对拓展其在缓释、复合材料和吸附等领域的应用也具有重要现实意义。