自组装方法合成具有多级结构的介孔复合材料

In this proposal, we try to design and synthesize mesoporous multicomponent nanocomposite with hierarchical structure (mesopore-nanoparticle, mesopore-micrpore, mesopore-macropore, core-shell, etc)via self-assembly methods. Three representative materials: phenolic resin, mesoporous metal oxide and organosilica, microporous metal organic framework (MOF) material will be considered as the main component of the composites. The other components of the composites include metal nanoparticles, polymer micro-particles, inorganic oxide nanoparticles, inorganic nanocrystals, mesoporous nanoparticles, micelles, etc. The key of this proposal is the application of self-assembly of polymer monomer or other precursor with surfactant as template. We hope that these materials are not only the successful resolution of traditional materials in problems such as nonporous structure, but also the new mesoporous nanocomposite materials with a hierarchical structure. Our study will involve the composition, formation mechanism, reaction parameter optimization, hierarchical pore structure, etc. This project will expand the applications of self-assembled synthetic chemistry, focus on the study of the reaction mechanism, and propose the general synthetic methods.

本项目拟借鉴多孔无机材料的自组装合成方法，设计和合成功能化、易制备的多级结构（介孔－纳米粒子、介孔－微孔、介孔－大孔、核－壳、洋葱型等）的介孔固体纳米复合材料，按照合成方法简单、产物结构和功能复杂的原则，计划以具有代表性的酚醛树脂、介孔金属氧化物、介孔有机硅氧化物、微孔金属有机骨架材料为主要组分，通过简单的自组装合成方法与其它组分（金属粒子、有机高分子微粒、无机氧化物纳米颗粒、无机配合物纳米晶体、介孔纳米粒子、表面活性剂胶束等）一步或多步复合成多级结构的复合材料。具体研究工作将从表面活性剂－高分子单体或前驱体自组装体系中合成新型有序介孔高分子纳米粒子开始，然后扩展至其它复合材料。本项目将扩展协同自组装合成化学的应用领域，侧重于反应过程与机制的基础研究，从不同材料的合成经验和规律中提炼出一般性合成策略，并注重研究材料的多级结构与性质的关系。我们的前期工作成果证明本项目切实可行。

通过借鉴多孔无机材料的自组装等合成方法，我们设计并合成了一系列功能化的多级结构（介孔－纳米粒子、介孔－微孔、介孔－大孔、核－壳等）介孔纳米复合材料，包括介孔金属氧化物（二氧化钛、二氧化锰、二氧化锡）、介孔有机硅氧化物、介孔氧化硅、聚合物胶体球等多级结构的复合材料，并深入研究了这些材料的锂离子储存、砷吸附、药物的担载与缓释、催化等性能。.取得的主要结果如下：(1) 我们合成了具有良好锂离子储存性能的核壳，蛋黄-蛋壳结构的多孔二氧化钛空心材料以及SnO2多壳层空心球材料。 (2) 我们成功设计组装了介孔有机硅纳米粒子、金纳米粒子和介孔TiO2复合PMO-Au@TiO2纳米药片。 (3) 我们利用选择性刻蚀法和浸渍法设计合成了一种由多个金属内核和一个介孔二氧化硅外壳构成的新型类石榴形纳米粒子催化材料。(4) 我们合成了均一的Fe@C核壳结构和蛋黄蛋壳结构的纳米粒子，它们可以快速、彻底地去除水中的4-氯酚。(5) 我们设计了一种简单的对称/非对称包覆的方法，成功的制备了具有不同形貌的PMO纳米结构。(6) 我们设计并合成了一种新型的富氮聚合物胶体球-聚2，6-二氨基吡啶（PDAP）纳米球。(7) 我们制备了单介孔和双介孔有机氧化硅纳米粒子材料，表现出了较低的细胞毒性和良好的细胞浸润性。研究工作已发表SCI检索论文20篇，已培养博士研究生6人，硕士研究生5人。