改性树枝状纤维形二氧化硅的应用研究进展

介孔二氧化硅纳米材料具有较大的比表面积和稳定物理化学性质,因此在吸附、催化、生物医学及其他领域应用广泛。近年来,学术界致力于对介孔二氧化硅纳米材料的形态和结构(粒径尺寸、粒子形状、孔道结构及易于官能化的表面)进行调控,因为材料的精细结构对材料的物理化学性质有着显著影响,而其物理化学性质又决定着其性能和应用。但纯二氧化硅材料的特异性不足导致其应用效果受到一定的限制,因此如何提高其特异性从而开拓其应用领域成为研究热点。和传统的二维介孔二氧化硅材料相比,树枝状纤维形二氧化硅(DFNS)具有更加开放、更易渗透的树枝状孔道结构。随着树枝状纤维形二氧化硅的出现,因其可修饰的表面和特殊的辐射状孔道结构,将二氧化硅纳米材料优异的物理化学性质和按实际需要进行改性所增加的特异性相结合,使介孔二氧化硅纳米材料的应用前景有了质的飞跃并开始在诸多领域展露头角。本文结合本课题组的工作内容对树枝状纤维形二氧化硅的合成及形貌调控进行归纳概述,并对通过包覆磁性核壳结构、接枝官能团或化学单体、负载金属或金属氧化物等改性手段制备的功能材料在吸附、催化、生物医学、色谱固定相、气体捕捉等领域的应用情况进行了总结。

树枝状纤维形二氧化硅纳米粒子的研究进展

与传统二氧化硅介孔材料相比,树枝状纤维形二氧化硅纳米粒子(DendriticFibrousNano-silica,DFNS),特别是具备三维中心辐射状孔道和多级孔结构的球形DFNS拥有较高的比表面积、较大的孔体积、较高的孔渗透性和粒子内表面更易接触性等优点。客体物质(如极小的纳米粒子)能够沿着中心辐射状孔道进行负载和/或输送,甚至与化学改性所得内部活性位点发生反应。因此, DFNS是一种富有前景的载体平台,可以用来构筑新型纳米催化剂、吸附剂、基因/蛋白质/药物的递送系统等。大量研究表明:球形DFNS与生俱来的结构优势使其能够作为MCM-41和SBA-15的理想替代材料。但是,DFNS领域依旧存在很多需要探讨的问题。因此,本文主要归纳分析DFNS的结构特征、常用结构模型、新型结构和实时应用。希望能够给予材料和化学科学家一些参考,促进DFNS的蓬勃发展。

核壳结构磁性树枝状纤维形有机硅固定化脂肪酶制备及其应用

为了提升脂肪酶的稳定性并构建新型固定化酶催化体系,利用改进的WinsorⅢ微乳液双连续相体系合成了超顺磁性Fe_(3)O_(4)内核和树枝状纤维形氧化硅外壳的核壳结构磁性有机硅纳米粒子(MMOSNs),用于固定化南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)。优化条件后CALB负载量为177.49 mg/g,比水解活性为27390 U/g。磁性有机硅通过与CLAB分子之间疏水相互作用及表面孔道结构,可有效激活CALB的界面活性并保护活性构象免受破坏,比游离酶和磁性无机硅固定化酶表现出更好的活性和稳定性。除此之外,将CALB@MMOSNs用于催化乙酰丙酸与十二醇的酯化反应最高转化率为85.05%,重复使用9次后仍保留68.94%转化率,而商业化N435只保留29.83%。证明疏水性磁性核壳结构有机硅是固定化CALB的良好载体,可有效扩展脂肪酶的工业应用。

Ag-Ni/KCC-1的制备及其在草酸二甲酯加氢制乙醇酸甲酯中的催化性能

针对草酸二甲酯(DMO)加氢制备乙醇酸甲酯(MG)反应中,银(Ag)基催化剂成本较高、催化性能不稳定等问题,为降低成本并提高催化性能,以水热合成法制备的树枝状纤维形二氧化硅纳米球(KCC-1)为载体,采用等体积浸渍法制备Ag/KCC-1、Ag-Ni/KCC-1负载型催化剂。考察了Ag的较优负载量及总负载量不变时,Ag与镍(Ni)较佳的质量比。结果表明,Ag/KCC-1催化剂中,不同Ag负载量的催化剂,其结构和催化性能均有所不同,Ag负载量(质量分数)为15%时,性能较好;Ag-Ni/KCC-1催化剂中,适量Ni的引入对催化剂的结构和催化性能均有明显提高,当Ag和Ni的负载量分别为12%和3%时,催化性能较佳,与单组分负载的Ag/KCC-1催化剂相比,DMO转化率由90.37%提高至96.75%,MG转化率由90.77%提高至92.48%,MG收率由82.04%提高至89.47%。

基于TiO_(2)/KCC-1固相萃取的亲水作用超高效液相色谱-串联质谱法测定南极磷虾磷脂

以自制钛基树枝状纤维形SiO_(2)(TiO_(2)/KCC-1)纳米材料作为固相萃取(solid phase extraction,SPE)填料对南极磷虾中的磷脂进行纯化,采用亲水色谱柱结合超高效液相色谱串联质谱法进行磷脂组学分析。选取南极磷虾中最主要的4类磷脂(磷脂酰胆碱(phosphatidylcholines,PC)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine,PE)、磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine,PS)、磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI))作为研究对象。结果显示,在最优条件下共检测到291种磷脂,比已报道的方法多近1倍。在这些磷脂中,含有单不饱和脂肪酸链的磷脂占总磷脂含量的54.73%,含有多不饱和脂肪酸链的磷脂占总磷脂含量的26.17%。南极磷虾中共检出PC 75种、PE 120种、PI 54种、PS 42种。其中PC(40:6)(41.63%)、PE(36:0)(39.77%)、PI(38:3)(80.05%)、PS(36:1)(81.62%)在4类磷脂中的含量最高。多元统计分析结果显示,SPE处理前后磷脂种类有明显差异,Ti O_(2)/KCC-1材料对磷脂的富集效果显著,特别是对PC(18:0/18:0)、PE(16:0/18:1)、PI(16:0/18:2)等富集作用明显。PC、PE和PS的检出限均为0.05μg/g,PI的检出限为0.01μg/g,4种磷脂的相对标准偏差在0.89%~5.05%之间,回收率在87%~112%之间。该方法专一性强、提取效率高、灵敏度和精密度高、准确度好,在生物样本中磷脂的提取、纯化及其检测方面具有广阔的应用前景。