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南开挑战者:介孔二氧化硅纳米球和空心球的制备方法

发布时间:2019-05-29 03:03 来源:未知 编辑:admin

  11月4日,新闻网记者对南开大学化学博士王金桂进行了专访,了解了他第十届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛项目:介孔二氧化硅纳米求和空心球的制备方法。王金桂饶有兴致地介绍了该作品的相关情况。

  介孔二氧化硅纳米球和空心球制备方法首次采用低毒、低成本、环境友好的阴离子表面活性剂,合成的纳米级介孔二氧化硅球,实现了介孔材料和纳米材料的同时控制合成,所合成的纳米球纯度高,粒径分布均匀,分散性好,比表面积大,孔道排列为辐射状。这些优良的性质,在色谱、催化剂载体、分子选择性吸附、光学纳米器件以及复合材料制备等领域将有重要的应用。此外,首次采用动态组装合成方法,制备了多级结构的介孔二氧化硅空心球,预计在吸附分离、药物包裹、药物缓释、药物传输等领域有重要的应用,并开创性地提出动态组装机理,机理将进一步指导多级结构材料的合成。低毒低成本和动态组装合成方法是该技术的主要创新点。目前,该成果已申请专利。

  介孔材料(介孔分子筛)从诞生就得到了国际物理学、化学与材料学界的高度重视,并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。有序介孔材料突破了微孔分子筛对孔径的限制,为大分子催化提供了可能性。同时,介孔材料所具有的巨大的比表面,狭窄的孔径分布,以及孔径大小可在2 nm至100 nm范围内连续调节等特性,使其在化学工业、信息技术、生物技术、环境能源等领域具有重要的应用,也为物质的物理和化学行为等基本问题的研究提供了模型物。

  现在,文献和专利报道的合成介孔材料方法主要采用阳离子表面活性剂和有机胺做模板,这种表面活性剂成本高,毒性大,对环境不友好。阴离子表面活性剂由于毒性小,成本低,在合成上对环境友好,使其在介孔二氧化硅材料的合成中有着重要的应用。

  文献和专利报道的方法合成的球的尺寸在微米尺度,难以实现纳米尺度介孔球的制备。由于材料尺度在1~100纳米这个范围空间,物质的性能会发生突变,出现特殊性能,既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即纳米材料,已经成为当今世界材料科学研究的重点,所以合成纳米尺度的介孔材料不但能实现介孔孔道的吸附,分离,催化等性质,而且还可能存在纳米材料特殊性质。因此,利用低毒,环境友好的模板剂,来制备纳米尺度的介孔材料对材料科学将是一个重大的突破。

  文献和专利报道的介孔材料的合成方法主要基于超分子模板水热晶化法来合成,这种方法合成的结构和形貌通常十分单一,难以满足实际应用中对多级结构和复杂形貌的要求,因此合成多级结构的介孔二氧化硅已经引起了材料科学家很大的兴趣。

  王金桂的此项发明具有广阔的市场应用前景。介孔二氧化硅分子筛,是一类重要的催化剂和催化剂载体,在石油化工中有重要的应用。根据中国石油天然气集团公司提供数据,中国原油加工量:2004年10369.8万吨,2005年11060.6万吨,2004年11586.9万吨;主要化工产品产量:2004年1149.2万吨,2005年1152.7万吨,2006年1361万吨。二氧化硅基质的分子筛在石油加工和精细化工中具有重要的应用,主要用做石油裂解,加氢,脱硫等反应的催化剂,对石油加工具有重要的意义。现在工业上主要的催化剂还是微孔分子筛,微孔分子筛由于孔径较小,不利于石油的深度加工,而介孔分子筛突破了微孔分子筛的孔径的限,为大分子催化提供了可能性,这将推动石油化工的发展,带来巨大的经济效益。

  近几年来,我国缓释药物使用一直呈现稳步增长态势,来自全国16个城市医院的销售数据表明:缓释药物市场规模正在不断扩大。根据慧聪行业研究院数据统计,我国2005年医院市场中使用的缓释类药物规模已高达21.09亿元人民币,与上年同期相比增长6.73%。介孔材料的巨大的表面积和孔容,以及无毒、生物兼容性等特点,与普通缓释药物制剂相比,有更大的药物负载量和更好的缓释效果。尤其是空心球类型的介孔材料,在药物负载和缓释等方面将有更大的应用。王金桂表示,希望继续进行下一步的性能测试,与应用接口,并通过挑战杯的平台与有意向的公司合作,开创更广阔的应用空间。

  王金桂说,科技创新最重要微的观察。科技成果源于生活,高于生活,只有在生活中善于发现问题、积累问题、解决问题,才能有所突破、有所创新。此次参赛的作品就是源于日常实验和学术研究的点滴发现。

  当被问到对挑战杯赛事有何感想时,王金桂表示,挑战杯作为全国最高水平的大学生科技创新赛事,具有很高的科技含量和知名度,能参加这样的赛事感到十分荣幸。能与不同领域的众多优秀人才同台,感受科学的新奇和魅力,使他感到无比快乐。

  他特别感谢了学校团委和化学学院的老师们和导师陈铁红教授,“是他们给了我莫大的支持与帮助,以及细致入微的关心。”自己愿与他们分享荣誉与快乐。

  在11月15日举行的第十届“挑战杯”学生科技作品展中,王金桂将亲自为到场的嘉宾讲解该作品的有关内容,带大家领略纳米世界中的神奇想象。

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