原子转移自由基聚合接枝改性纳米SiO2的研究进展

纳米SiO2粒子极易团聚,在有机介质中难以均匀分散,从而大大地限制了其优异性能的发挥,有必要对其进行化学改性处理。原子转移自由基聚合(atom transfer radical polymerization,ATRP)是对纳米SiO2粒子进行接枝改性的一种有效途径,通过ATRP对纳米SiO2粒子进行表面改性,可以制备集无机纳米粒子和聚合物的优点于一身的SiO2-聚合物复合材料,且接枝链的长度及分子量分布可控,拓展了纳米SiO2的应用领域。本文主要综述了ATRP、RATRP(reverse ATRP)、AGET ATRP(activators generated by electron transferATRP)和ARGET ATRP(activators regenerated by electron transfer ATRP)方法对纳米SiO2接枝改性的研究现状。     

表面改性纳米SiO2复合聚合物电解质的制备及性能

通过化学方法将具有增塑效果的环状碳酸酯基团引入纳米SiO2表面,并用FTIR与TGA对改性纳米SiO2进行了表征.将改性纳米SiO2添加到以聚氧化乙烯(PEO)为基体的聚合物电解质中,制备了复合聚合物电解质.通过DSC和交流阻抗等方法对该聚合物电解质膜的热力学和电化学性能进行了研究.结果表明,掺杂改性纳米SiO2的聚合物电解质具有更高的离子电导率,室温最高离子电导率可达到1.84×10-5 S/cm;具有较高的锂离子迁移数,最高可达到0.49,且具有更好的界面稳定性.     

固体核磁共振研究改性纳米SiO2的表面结构

以纳米SiO2和KH550改性纳米SiO2为研究对象,分别利用29Si魔角旋转核磁共振谱(29Si MASNMR)、1H魔角旋转核磁共振谱(1H MAS NMR)和1H-29Si交叉极化/魔角旋转核磁共振谱(1H-29Si CP/MASNMR)对纳米SiO2和KH550改性纳米SiO2的表面结构、表面羟基含量、亲水性和界面相互作用等进行了研究。实验结果表明,纳米SiO2经过KH550的改性,随着改性程度的增加,样品表面的羟基含量降低、亲水性降低、亲油性增加、表面质子运动活性随改性程度增加而减弱。     

具有双亲特性的水相哑铃型SiO2纳米粒子的制备

以纳米SiO2水溶胶为原料,3?氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和3?氯丙基三乙氧基硅烷(CPTES)为改性剂,在水基环境下分别对SiO2纳米粒子进行改性,得到了具有亲水特性的APTES改性SiO2粒子和具有亲油特性的CPTES改性SiO2粒子水溶胶。2种粒子按不同比例混合,利用接枝在SiO2粒子表面氨基和氯丙基的取代反应,使得2种具有亲水/亲油特性的改性SiO2纳米粒子偶联,制备了粒径为40~50 nm的哑铃型SiO2纳米粒子。并通过透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT?IR)、X射线光电子能谱(XPS)以及动态光散射(DLS)等方法对其进行了系统表征。结果表明,2种粒子成功偶联形成了具有哑铃型结构的水相SiO2纳米粒子,该粒子两面具有不同的亲水性,粒径近似等于APTES改性SiO2粒子和CPTES改性SiO2粒子的粒径之和。     

单分散SiO2纳米颗粒复合凝胶电解质的应用

以单分散程度较高的SiO₂纳米颗粒(约130 nm)作为填料,聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)作为聚合物基质,采用简便的物理共混法制备出了一种单分散SiO₂纳米颗粒复合凝胶聚合物电解质(MCGPEs)并将其应用于锂电池中。扫描电镜结果表明,SiO₂纳米颗粒在聚合物基体中分散均匀。与传统凝胶聚合物电解质(GPEs)和商业SiO₂颗粒复合凝胶电解质(CGPEs)相比,MCGPEs有着更高的电解液吸液能力和离子电导率,并且具备更强的锂离子迁移能力。此外,使用MCGPEs作为电解质的锂电池,在1.0C下历经300次循环后仍然保持了121.1 mAh·g^-1的较高比容量,表现出了优异的循环性能。同时,其倍率性能也十分优异,在10C倍率下获得了135 mAh·g^-1的比容量,远高于GPEs锂电池(76.2 mAh·g^-1)。     

甲基丙烯酸对纳米SiO2微粒表面的原位聚合改性

表面改性;硅烷偶联剂;甲基丙烯酸对纳米SiO2微粒表面的原位聚合改性     

磷酸盐聚酯型水性聚氨酯/纳米SiO2的合成与性能

以2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷(PBTCA)、新戊二醇(NPG)为原料,制得数均相对分子质量为1500并含有磷酸基团的聚酯多元醇。将其与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)反应,经1,4-丁二醇(BDO)扩链后得到水性聚氨酯,再以KH550为偶联剂,加入纳米SiO2,合成了纳米改性的磷酸型水性聚氨酯(PWPU)。通过红外光谱(FI-IR)、热重分析(TGA)对PWPU的结构和热稳定性进行了研究,使用透射电子显微镜(TEM)对乳液的形貌进行了观察。通过TEM发现,大量粒径在110 nm左右的化合物合成,并与红外光谱联合分析得出,SiO2通过化学键与PWPU相连接。热重分析、残炭量分析和拉伸测试表明,经过纳米SiO2改性的PWPU其阻燃性、热稳定性以及力学性能均有明显的提升,具有很好的应用前景。     

纳米TiO2有机表面改性的研究

利用硅烷偶联剂(KH-550)对表面包覆氧化硅的金红石相纳米TiO₂进行了有机表面改性。采用红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、热分析(TG-DTA)、BET、透射电镜(TEM)、润湿性和分散性实验等对表面改性前后的纳米TiO₂进行了表征。红外光谱和X射线光电子能谱表明，KH-550以化学键合的方式结合在纳米TiO₂的表面，并形成了有机包覆层。经测量，纳米TiO₂表面的KH-550的质量分数约为2.0%。讨论了产生KH-550理论包覆量与实际包覆量差异的原因。TEM、TG和BET得出的结果显示，在纳米TiO₂有机表面改性过程中存在明显的团聚现象，改进分散纳米TiO₂的方法是提高有机改性效果的关键。润湿性实验和分散性实验表明，经KH-550表面改性的纳米TiO₂同时具有亲水性和亲油性。     

纳米SiO2的表面处理及其在聚合物基纳米复合材料中的应用进展

简要介绍了纳米二氧化硅(SiO2)粒子的制备方法、结构和特性,对近年来国内外纳米SiO2的表面处理方法及聚合物/SiO2纳米复合材料的制备方法进行了阐述,并针对不同改性方法和制备方法的特点加以分析比较;讨论了SiO2粒子的分散机理和增强机理,并对未来的研究内容及方向提出展望。     

不同类型表面活性剂对纳米SiO2流体粘度的影响

系统地研究了不同类型的表面活性剂对低浓度纳米SiO2流体粘度的影响规律,并在此基础上深入探讨了不同碳链长度的阳离子和非离子表面活性剂对纳米SiO2流体粘度的影响。结果表明,阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对纳米流体粘度的影响较小,其相对粘度值维持在1.23左右;而阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)、十六烷基氯化吡啶(CPC)、非离子表面活性剂OP-8、OP-10和两性离子表面活性剂DXS14、DXS18对纳米流体粘度的变化影响较大,其最大相对粘度值分别能达到3.42、1.82和8.87。同时也发现,阳离子表面活性剂碳链越长,纳米流体最高粘度值越大,且纳米流体最高粘度所对应的表面活性剂浓度均在其临界胶束浓度值附近。     

吸附法制备CuO-Ag/SiO2纳米复合物

利用吸附法原位制备CuO/SiO2、CuO-Ag/SiO2纳米复合物,研究了不同吸附质体系中预负载的纳米Ag粒子对CuO的影响。结果表明:Ag粒子对CuO的影响因吸附质的不同而不同。以Cu(Ac)2为吸附质,纳米Ag几乎没有影响;以NaOH为吸附质,纳米Ag使得CuO的晶粒粒径增大。这一结果与铜物种对Ag晶粒粒径的影响规律完全不同。通过比较不同吸附质的吸附行为,Cu(OH)2与硅胶表面的相互作用被认为是导致这一现象的原因。     

SiO2改性的V2O5-MoO3/ TiO2催化剂抗碱中毒性能研究

以陶瓷为骨架,用溶胶凝胶法和浸渍法制备了V₂O₅-MoO₃/ TiO₂催化剂,并用SiO₂进行改性。采用浸渍法模拟碱K中毒,研究了SiO₂改性前后催化剂中毒脱硝效率的变化,并通过BET、H₂-TPR、NH₃-TPD等技术手段对催化剂进行了表征。结果表明,加入SiO₂后,催化剂的比表面积明显提高。SiO₂改性后新鲜催化剂还原温度向低温方向迁移10 ℃左右,氧化还原能力得到了提高,其表面酸强度和酸量也得到较大的提高。反应评价结果表明,SiO₂改性可以提高催化剂抗碱中毒的性能。     

微波辐射下纳米二氧化硅接枝正辛醇的表面改性

在微波辐射下用正辛醇对SiO2纳米粒子进行表面接枝改性。改性SiO2纳米粒子的表征结果显示其亲油疏水性得到了很大提高。     

无机纳米粒子填充聚合物的研究进展

对纳米粒子的历史、结构及特性作了简要介绍，着重介绍了纳米粒子的表面处理及其在填充了聚合物方面的应用开发。     

介孔SiO2的改性及对诺维信漆酶的交联固定化

采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,四乙氧基硅烷(正硅酸乙酯,TEOS)为硅源,硝酸为催化剂来制备介孔SiO2,并采用后嫁接法对介孔SiO2进行氨基化改性。利用红外光谱(IR),X射线粉末衍射(XRD),差热-热重分析(DTA-TG),扫描电镜(SEM),元素分析,微电泳法及N2吸附-脱附方法对改性前后的产物进行表征。结果表明氨基已成功嫁接到介孔SiO2孔道中,改性后的介孔SiO2有序度有所下降,但仍为介孔材料;改性之后介孔材料的孔径、比表面积、孔体积均变小。等电点由原来的2.74变为4.75。本文还以氨基修饰的介孔SiO2为载体,通过交联剂戊二醛固定诺维信(Novozymes)工业级漆酶,并采用正交设计法对固定化条件进行了优化。研究表明漆酶经固定化后,其操作稳定性比游离酶高。     

稀土掺杂SiO2与SiO2@Au纳米球

By using EDTA-lanthanide (Eu³⁺， Tb³⁺) coordination compound as precursor， multicolor luminescent SiO₂ nanoshperes were prepared. Also， without any pre-treatment to the surface of SiO₂ nanosphere， a facile strategy was developed for the synthesis of SiO₂@Au core-shell nanospheres.     

表面包覆改性对纳米CeO2分散性的影响

了改善纳米CeO2在Zn-Al类共晶合金中的分散性,采用超声液相包覆法对纳米CeO2进行表面活性剂表面包覆改性,并用AES测定了包覆层的厚度,用TEM研究了CeO2的团聚状况,用TGA分析了有机物包覆层的炭化温度范围,最后用FE-SEM观察了CeO2在复合材料中的分散情况。结果表明,包覆在纳米CeO2表面的厚度约为20 nm的表面活性剂层提高了微粒的分散性,而且该包覆层在495℃时已经炭化。热力学计算的结果也表明,炭化层能与氧化膜反应,该反应提高了CeO2与基体间的润湿性,并使其均匀分布在基体合金中。     

静电自组装制备纳米TiO2/SiO2光催化材料

采用静电自组装方法制备了纳米TiO2/SiO2光催化材料。采用巯丙基三甲氧基硅烷偶联剂对SiO2进行干法改性,采用双氧水/冰醋酸将偶联剂巯基基团氧化为磺酸基基团。在正负电荷的吸引下,带负电荷的SiO2与带正电荷的钛聚合阳离子自发地组装在一起,经一定温度热处理得到纳米TiO2/SiO2光催化材料。采用XRD、FTIR、PL、UV-Vis DRS、SEM和ICP等对材料进行了分析和表征。采用甲基橙溶液评价材料的光催化性能。结果表明:SiO2促使锐钛矿的形成,抑制锐钛矿向金红石的转变,减小TiO2的晶粒尺寸,使得TiO2光吸收波长发生蓝移。TiO2与SiO2通过Si-O-Ti键发生结合。采用静电自组装方法制备的材料中TiO2的含量高于传统方法,导致材料的光催化性能有所提高。     

新型室温酯化法接枝聚合物改性SiO_2纳米微粒

提出了一种在室温、大气环境等温和条件下通过酯化反应将端羧基聚合物链接枝到纳米SiO2微球表面从而制备有机/无机复合纳米微粒的新方法.该方法通过以下两个步骤得以实现,即第一,用3-环氧丙基三甲氧基硅烷对纳米SiO2微球表面进行改性处理,接着将引入到纳米SiO2表面的环氧基团转化为烷羟基基团;第二,通过引入到纳米SiO2微球表面的烷羟基与聚合物中的端羧基在室温下发生酯化反应,从而将聚合物接枝到纳米SiO2表面制得复合微球.利用XPS、FTIR、TEM和TGA等测试手段对纳米SiO2的改性过程以及聚合物接枝后得到的复合微球进行了表征.研究结果表明,该室温酯化接枝方法具有较高的接枝率,接枝到无机纳米微粒表面的聚合物占复合微球质量的55wt%～70wt%;接枝聚合物后,纳米SiO2微球的粒径从40nm增加到64～75nm,从而得到了以SiO2为核、以聚合物为壳的有机-无机复合微球.     

溶胶-凝胶法制备ZrO2/SiO2纳米复合材料的研究

利用溶胶-凝胶法制备了ZrO2/SiO2纳米复合物室温磷光材料,通过各条件的优化,最终确定溶剂为异丙醇、Zr摩尔掺杂百分含量为15%、550℃下煅烧3h得到的纳米ZrO2/SiO2复合物的室温磷光发光性能较好,其最大激发波长为280nm、发射波长为460nm,且磷光寿命为0.56s。