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。

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。

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。

树枝状纤维形纳米球催化剂的研究进展

树枝状纤维形二氧化硅纳米球(KCC-1,类似于MCM-41命名规则)是继MCM-41、SBA-15之后,又一种里程碑式的介孔材料。与传统介孔二氧化硅相比,KCC-1具备三维中心辐射状孔道和多级孔结构,因而具有更高的比表面积、更大的孔体积、更高的孔渗透性、粒子内表面更易接触等优点。在KCC-1中,客体物质(如贵金属纳米粒子和生物大分子等)能够沿着中心辐射状孔道进行负载和/或输送,因此,KCC-1在纳米催化剂载体方面极具应用前景。近年来,KCC-1的成功开发掀起了树枝状纤维形纳米球及其催化剂的研究热潮。一方面,人们尝试基于其他本体材质构建树枝状纤维形纳米球,制备出树枝状纤维形二氧化钛纳米球、树枝状纤维形硅钛杂化纳米球、树枝状纤维形碳纳米球、树枝状纤维形碳氮杂化纳米球、树枝状纤维形硅铝杂化纳米球、树枝状纤维形硅铜铝杂化纳米球等。另一方面,随着研究的深入,以树枝状纤维形结构为基础的核-壳型、空心型、蛋黄-蛋壳型等新颖结构纳米催化剂也被成功开发,并在特定体系中展现出优越的催化性能。本文从构成树枝状纤维形纳米球的本体材料(元素)出发,对具有三维中心辐射状孔道和多级孔结构的纳米球催化剂进行分类,总结了各自的结构特征、催化对象及催化性能,综述了近几年树枝状纤维形纳米球催化剂的研究进展。最后,对树枝状纤维形纳米球催化剂的研究思路与发展趋势进行了分析和展望。

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%。