Крекотень, Анна Валериевна. Физико-химическое изучение нанокомпозитных материалов, получаемых темплатно методом управляемого золь-гель синтеза

Краткое описание

Крекотень, Анна Валериевна. Физико-химическое изучение нанокомпозитных материалов, получаемых темплатно методом управляемого золь-гель синтеза : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Крекотень Анна Валериевна; [Место защиты: Ин-т химии Дальневост. отд-ния РАН].- Владивосток, 2013.- 141 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-2/291

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ
ИНСТИТУТ ХИМИИ
ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
04201356894
КРЕКОТЕНЬ АННА ВАЛЕРИЕВНА
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ НАНОКОМПОЗИТНЫХ
МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ТЕМПЛАТНО МЕТОДОМ
УПРАВЛЯЕМОГО ЗОЛЬ-ГЕЛЬ СИНТЕЗА
02.00.04 - физическая химия
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Научный руководитель: член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор Ю.А. Щипунов
Владивосток - 2013 
СОДЕРЖАНИЕ
Список сокращений 5
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 12
1.1. Общая характеристика поверхностно-активных веществ 12
1.1.1. Основные типы 12
1.1.2. Надмолекулярные структуры ПАВ 16
1.1.3. Алкилполиглюкозиды 17
1.1.3.1. Физико-химические свойства АПГ 19
1.1.3.2. Фазовое поведение технических марок АПГ 21
1.2. Циклодекстрины 23
1.2.1. Строение циклодекстринов 23
1.2.2. Комплексы включения “гость-хозяин” 26
1.2.3. Гибридные силикатные материалы с циклодекстринами 30
1.3. Гибридные нанокомпозитные материалы с упорядоченной структур¬ной организацией 36
1.3.1. Золь-гель химия 37
1.3.1.1. Гидролиз 38
1.3.1.2. Реакции конденсации 39
1.3.1.3. Золь-гель переход 41
1.3.1.4. Особенности формирования диоксида титана 41
1.3.2. Мезопористые силикатные материалы, получаемые методом мат-ричного синтеза 42
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 50
2.1. Материалы 50
2.2. Приготовление составов, образцов 50
2.2.1. Растворы 50
2.2.2. Солюбилизация люминола 51
2.2.3. Комплексы включения 51
2.2.4. Гидрогели, аэрогели и ксерогели 51
з
2.2.5. Синтез диоксида титана 52
2.3. Методы исследования ■ 52
2.3.1. Динамическая реология 52
2.3.1.1. Определение базовых реологических параметров 53
2.3.2. Спектрофотометрия 62
2.3.3. Атомно-силовая микроскопия 63
2.3.4. Сканирующая электронная микроскопия 63
2.3.5. Просвечивающая электронная микроскопия 64
2.3.6. Рентгеноструктурный анализ 64
2.3.7. Поляризационная микроскопия 64
2.3.8. ЯМР-спектроскопия 64
2.3.9. рН-метрия 64
2.3.10. Азотная порометрия 64
2.3.11. Малоугловое рентгеновское рассеяние (МУРР) 67
ГЛАВА 3. ТЕМПЛАТНЫЙ СИНТЕЗ НА ЦИКЛОДЕКСТРИНАХ 69
3.1. Особенности процессов на циклических олигосахаридах 69
3.2. Механические свойства 72
3.3. Морфология 75
3.4. Молекулярная модель матричного синтеза на ЦД 77
3.5. Создание сорбентов на основе ЦД 78
ГЛАВА 4. ТЕМПЛАТНЫЙ СИНТЕЗ СИЛИКАТНЫХ НАНОКОПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА МИЦЕЛЛАХ ИЗ АПГ 81
4.1. Особенности золь-гель процессов с участием ТГЭОС и АПГ 81
4.2. Механические свойства 86
4.3. Мезопористость 90
4.4. Исследование наноразмерной структуры нанокомпозитов методом
МУРР 92
4.5. Морфология 94
4.6. Механизм формирования гибридных силикатных наноматериалов 96
4.7. Солюбилизация люминола в мицеллярном растворе АПГ 97
4.8. Синтез гибридного нанокомпозитного материала с флюоресцент-ными свойствами 101
ГЛАВА 5. ТЕМП ЛАТНЫЙ СИНТЕЗ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОЧАСТИЦ ДИОКСИДА ТИТАНА В НЕПОЛЯРНОЙ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СРЕДЕ ЛЕЦИТИНА ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ 104
5.1. Характеристика структур лецитина как темплата 104
5.2. Синтез диоксида титана в среде лецитинового органогеля 108
5.3. Морфология 109
5.4. Механизм матричного синтеза кристаллического диоксида титана
при комнатной температуре 112
ВЫВОДЫ 114
Список используемой литературы 116

Список литературы

ВЫВОДЫ
1. Исследованы физико-химические закономерности одностадийного форми-рования, структура и свойства силикатных нанокомпозитов, полученных с помощью нового биосовместимого прекурсора в водных растворах низко-молекулярных циклических олигосахаридов и мицелл ПАВ с остатками сахаров, а также наноразмерного диоксида титана, синтезированного на
- жидкокристаллическом лецитинбвом темплате при комнатной температу¬ре.
2. Предложена модель формирования силиката на олигомерных молекулах циклодекстринов и мицеллах алькилполиглюкозида, которые подобно ра-нее исследованным полисахаридам катализируют реакции гидролиза и по-ликонденсации прекурсора с остатками этиленгликоля, что обусловливает проведение процесса в одну стадию при нейтральных pH водного раствора и комнатной температуре без добавления катализаторов.
3. Показано на примере комплекса включения циклодекстрина с красителем метиловым оранжевым, что его включение в силикатную матрицу приво-дит к появлению селективной сорбции органических веществ, что откры-вает перспективы создания новых видов сорбентов. В результате отжига нанокомпозитов, синтезированных темплатно на циклодекстринах, фор-мируется силикат, содержащий микропоры, размер которых определяется диаметром циклической молекулы, что позволяет получать материалы с заданной пористостью.
4. Разработан метод функционализации силикатных нанокомпозитов, прово-димой в водном растворе посредством минерализации мицелл алкилпо- лиглюкозида с предварительно солюбилизированными водонераствори-мыми соединениями, Как показано на примере люминофорного красителя люминола, силикат приобретает люминесцентные свойства. При этом при включении в силикатную матрицу люминесценция красителя не только сохраняется, но и существенно повышается ее интенсивность.
5. Получены впервые наночастицы кристаллического диоксида титана в неводном растворе лецитина. Одностадийный синтез, проведенный при комнатной температуре, регулируется добавлением небольших количеств воды. Показано, что варьирование ее концентрации приводит к фазовому
переходу—цилиндрических—мицелЛ”В-мультиламеллярный—Ь^жидкий-кри-
сталл, составленный из бимолекулярных слоев, на которых, согласно предложенной модели, происходит формирование диоксида титана и кото¬рые определяют его кристалличность