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研究生： 蔡梅雲
Tsai, Mei-Yun
論文名稱： 陰-陽離子型界面活性劑模板結合四乙基氧矽合成各種型態之中孔洞氧化矽材料
Synthesis of Mesoporous Silica with Different Morphologies by Using Cationic-Anionic Surfactant Template and Tetraethyl orthosilica
指導教授： 林弘萍
Lin, Hong-Ping
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系碩士在職專班
Department of Chemistry (on the job class)
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 107
中文關鍵詞： 界面活性劑 、中孔洞氧化矽 、生物成礦
外文關鍵詞： Surfactant, Mesoporous silica, Biomineralization
相關次數： 點閱：104  下載：1 
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    • 本研究以生物成礦的概念為出發點，將生物成礦的原理引入無機材料的合成，藉由有機物作為模板，去調控無機物的形成，製備具有獨特結構特點(如中空、多孔)及奇特之外觀型態(如矽藻)的有機-無機複合材料。
    本研究採用陰-陽離子型界面活性劑作為有機模板，在特定的pH值(1.0 ~ 3.0)，溫度為接近室溫(40℃)之反應條件下結合無機物(四乙基氧矽，TEOS)，合成出不同型態之中孔洞氧化矽材料。選擇pH值在1.0 ~ 3.0來作為合成條件，因為此區域的氧化矽聚合速率較為緩慢，可藉此控制氧化矽的核種大小及氧化矽縮合速率，使有機模板及無機物具有足夠的時間慢慢堆疊成為各種不同的型態。
    藉由採用不同種類的有機模板(CnTMAX-SDS template)與無機物(TEOS)經由分子的自組裝行為合成出各種特殊型態及具有孔洞結構(中孔洞)之氧化矽材料。調控可能影響氧化矽型態之因素(e.g.：TEOS的添加量、系統水含量、陰-陽離子型界面活性劑之莫耳比等)來探討這些因素對於中孔洞氧化矽型態的影響。
    本研究之實驗成果依不同有機模板的種類來呈現，以C18TMAC-SDS template結合TEOS合成氧化矽，依氧化矽型態可分為: (一)具有紋路片狀型態、(二)不具紋路的小片狀型態及(三)纖維狀型態。以C14TMAB-SDS template結合TEOS合成氧化矽，依氧化矽型態可分為: (一)皺摺狀花朵型態、(二)中空泡泡狀型態；以C16TMAB-SDS template結合TEOS合成氧化矽，依氧化矽型態可分為: (一)捲曲片狀型態、(二)纖維狀型態。
    本論文最後一部份為嘗試將金奈米粒子置入中孔洞氧化矽材料合成含有金奈米粒子中孔洞氧化矽材料。主要是採用陽離子型界面活性劑CnTMAB做保護劑，以NaBH4溶液將金的前驅物(四氯金離子，AuCl4-)還原成金奈米粒子，以C16TMAB-SDS-P123-water作為有機模板，於近中性(pH  5.0)的反應條件下結合矽酸鹽，合成含金奈米粒子中孔洞氧化矽材料，未來可應用於催化CO的氧化反應及其它之催化反應上。

    Biomineralization is a study on the formation, structure and properties of inorganic solids deposited in biological systems (i.e. organic templates; phospholipids). In the nano-world of life, a new type of chemistry brings together the synthesis and construction of hard and soft matter for the design of functionalized inorganic-organic nanocomposites. According the principles and concepts of biomineralization, we, thus, develop a new bio-mimic method to synthesize mesoporous silica with different morphologies.

    This research provides a simple method to synthesis mesoporous silica with different morphologies by using cationic-anionic binary surfactants (CnTMAX and SDS) as the organic template and tetraethyl orthosilicate as silica source. At proper pH value of 1.0~3.0 and temperature ( 40 oC), the mesoporous silicas with different morphologies can be easily synthesized. In addition, we changed several experimental conditions including pH value, CnTMAB/SDS molar ratio, water content and other factors, to discuss the effect each factor on the morphologies of mesoporous silica.

    When using the organic templates of different surfactants compositions, mesoporous silicas with different morphologies have been prepared. For example, with C18TMAC-SDS template, the fiber-like, gyroid-like and platelet-like mesoporous silica can be obtained. It is interesting that the platelet-like mesoporous silica has curved-line pattern. When using C14TMAB-SDS mixture as template, flowers-like, and vesicle-like mesoporous silicas have been produced. In addition, curl-plate shaped and fiber-like mesoporous silicas were obtained form silicification of the C16TMAB-SDS template in the silicate solution. Based on these results, it is reasonably supposed that the morphologies could be tailored by using proper surfactant compositions.

    In the last part, the synthetic method and compositions of Au NPs@Mesoporous silica has been provided. This Au NPs@Mesoporous silica might by applied as the catalyst toward the oxidizing reaction of CO and other molecules.

    第一章 序論 1.1 生物成礦(Biomineralization)的發展與研究 1 1.2 中孔洞氧化矽材料的生物模擬 4 1.3 中孔洞氧化矽材料發展之簡介 5 1.4 界面活性劑性質簡介 9 1.4.1 界面活性劑的分類 9 1.4.2 微胞的形成 10 1.4.3 界面活性劑聚集體的結構 12 1.4.4 陰-陽離子型界面活性劑所組成的相圖 13 1.5 矽酸鹽的化學概念 14 1.6 TEOS的化學概念 16 1.7 合成概念及研究成果簡介 19 第二章 實驗部份 2.1化學藥品 22 2.2合成步驟 23 2.2.1 以C18TMAC-SDS template合成不同型態之中孔洞氧化矽 23 2.2.2 以C14TMAC-SDS template合成不同型態之中孔洞氧化矽 24 2.2.3 以C16TMAC-SDS template合成不同型態之中孔洞氧化矽 25 2.2.4 合成含金奈米粒子之中孔洞氧化矽材料 26 2.3 產物鑑定 27 2.3.1 掃描式電子顯微鏡 27 2.3.2 X-射線粉末繞射光譜 27 2.3.3 穿透式電子顯微鏡 28 2.3.4 熱重分析儀 28 2.3.5 氮氣吸附/脫附測量 29 2.3.6 紫外光/可見光光度計分析 29 第三章 以C18TMAC-SDS template合成不同型態之中孔洞氧化矽 3.1 研究動機與實驗設計 30 3.2 結果與討論 32 3.2.1 具有紋路片狀型態的中孔洞氧化矽之合成研究 32 3.2.1.1 紋路片狀型態中孔洞氧化矽之合成條件 32 3.2.1.2 紋路片狀型態中孔洞氧化矽之鑑定 33 3.2.1.3 SDS/C18TMAC莫耳比(S)對紋路片狀氧化矽型態的影響 37 3.2.1.4 系統水含量對紋路片狀中孔洞氧化矽型態的影響 39 3.2.1.5 改變TEOS添加量對紋路片狀中孔洞氧化矽型態的影響 45 3.2.2 不具紋路小片狀型態之中孔洞氧化矽合成研究 50 3.2.2.1 不具紋路小片狀型態中孔洞氧化矽之合成條件 50 3.2.2.2 不具紋路小片狀型態中孔洞氧化矽之鑑定 51 3.2.2.3 SDS/ C18TMAC莫耳比(S)對不具紋路小片狀氧化矽型態的影響 54 3.2.2.4 系統水含量對不具紋路小片狀氧化矽型態的影響 55 3.2.3 纖維狀型態中孔洞氧化矽之合成研究 56 3.2.3.1 纖維狀型態中孔洞氧化矽之合成條件 56 3.2.3.2 纖維狀型態中孔洞氧化矽之鑑定 56 第四章 以CnTMAB-SDS template(n=14、16)合成不同型態之中孔洞氧化矽 4.1 研究動機與實驗設計 61 4.2 結果與討論 62 4.2.1 皺摺狀花朵型態中孔洞氧化矽之合成研究 62 4.2.1.1 皺摺狀花朵型態中孔洞氧化矽之合成條件 62 4.2.1.2 皺摺狀花朵型態中孔洞氧化矽之鑑定 63 4.2.1.3 改變系統水含量對皺摺狀花朵中孔洞氧化矽型態的影響 66 4.2.1.4 合成pH值對皺摺狀花朵中孔洞氧化矽型態的影響 67 4.2.1.5 SDS/C14TMAB莫耳比(S)對皺摺狀花朵型態氧化矽的影響 68 4.2.2 中空泡泡狀型態中孔洞氧化矽之合成研究 70 4.2.2.1 中空泡泡狀型態中孔洞氧化矽之合成 70 4.2.2.2 中空泡泡狀型態中孔洞氧化矽之鑑定 70 4.2.2.3 改變系統水含量對中空泡泡狀型態氧化矽的影響 74 4.2.2.4 pH值對中空泡泡狀氧化矽型態的影響 74 4.2.2.5 攪拌時間對中空泡泡狀型態氧化矽的影響 76 4.2.2.6 SDS/ C14TMAB莫耳比(S)對中空泡泡狀氧化矽型態的影響77 4.2.3 捲曲片狀型態中孔洞氧化矽之合成研究 80 4.2.3.1 捲曲片狀型態中孔洞氧化矽之合成條件 80 4.2.3.2 捲曲片狀型態中孔洞氧化矽之鑑定 80 4.2.3.3系統水含量對捲曲片狀氧化矽型態的影響 84 4.2.3.4 SDS/C16TMAB莫耳比(S)對捲曲片狀氧化矽的型態影響 85 4.2.4 纖維狀型態中孔洞氧化矽之合成研究 86 4.2.4.1 纖維狀型態中孔洞氧化矽之合成條件 86 4.2.4.2 纖維狀型態中孔洞氧化矽之鑑定 86 4.2.4.3 改變系統水含量對纖維狀中孔洞氧化矽型態的影響 90 4.2.4.4 SDS/C16TMAB莫耳比(S)對纖維狀氧化矽型態的影響 91 第五章 合成含金奈米粒子中孔洞氧化矽材料 5.1研究動機與實驗設計 92 5.2 結果與討論 94 5.2.1含金奈米粒子中孔洞氧化矽之鑑定 94 5.2.2SDS/C16TMAB莫耳比(S)所合成含金奈米粒子氧化矽材料 98 5.2.3改變不同碳氫鏈長之四級銨鹽來合成含金奈米粒子氧化矽材料 100 第六章 結論 102 參考文獻 106

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    下載圖示 校內：2009-08-31公開
    校外：2009-08-31公開
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