分子印迹溶胶_凝胶材料的制备及应用
溶胶凝胶法的原理及应用
溶胶凝胶法的原理及应用溶胶凝胶法（Sol-Gel法）是一种将溶胶逐渐转变为凝胶的化学方法。
溶胶是由在溶剂中分散的颗粒或分子组成的胶体溶液，而凝胶则是一种具有网络结构的固体物质。
溶胶凝胶法的主要原理是通过适当的溶胶制备条件，如pH值、温度、溶液浓度、添加剂等，使溶胶逐渐从液态溶胶转变为固态凝胶。
溶胶凝胶法的基本步骤包括溶胶的制备，溶胶的成胶，成胶后的调控和凝胶的干燥。
首先，根据所需材料的化学性质和用途要求，选择合适的溶剂、溶质和催化剂来制备溶胶。
然后，在适当的条件下，如控制pH值、温度等，使溶胶逐渐形成凝胶结构。
成胶后，可以进行进一步的调控，如调节凝胶的孔隙结构、粒径大小等。
最后，通过合适的干燥方法，将凝胶转变为固体材料。
溶胶凝胶法具有以下几个优点。
首先，它是一种简单、灵活、可控的制备方法，可以制备出具有复杂结构和多孔性的材料。
其次，溶胶凝胶法可以制备出微米甚至纳米级别的材料，具有较高的化学纯度和均匀性。
此外，溶胶凝胶法还可以制备出具有良好机械性能、光学性能和热稳定性的材料。
溶胶凝胶法在许多领域中得到广泛应用。
其中一个主要应用领域是材料科学。
通过溶胶凝胶法可以制备出各种功能材料，如纳米材料、陶瓷材料、生物材料等。
这些材料在电子、光学、化学、医学等领域具有广泛的应用前景。
另一个应用领域是薄膜技术。
溶胶凝胶法可以制备出均匀、致密和具有优良性能的薄膜，常用于光学涂层、防腐涂层、传感器等领域。
此外，溶胶凝胶法还可以制备出具有特殊结构和功能的微纳米结构材料，如光子晶体、纳米线阵列、多孔膜等，这些材料在纳米科技、生物医学和光电子技术等领域有重要应用。
总之，溶胶凝胶法是一种灵活、可控的制备方法，具有制备复杂结构、多孔性和纳米级别材料的能力。
在材料科学、薄膜技术和微纳米结构材料领域有广泛的应用。
随着科学技术的不断进步，溶胶凝胶法将在更多领域中发展出新的应用。
溶胶。凝胶法的基本原理及应用
溶胶。
凝胶法的基本原理及应用溶胶．凝胶法的基本原理及应用现状溶胶．凝胶法(S01．Gel法，简称S．G法)就是以无机物或金属醇盐作前驱体，在液相将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
溶胶．凝胶法就是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。
近年来，溶胶-凝胶技术在玻璃、氧化物涂层和功能陶瓷粉料，尤其是传统方法难以制备的复合氧化物材料、高临界温度(P)氧化物超导材料的合成中均得到成功的应1．基本原理S01．Gel法的基本反应步骤如下：1)溶剂化：金属阳离子M”吸引水分子形成溶剂单元M(H20)：+，为保持其配位数，具有强烈释放H+的趋势。
2)水解反应：非电离式分子前驱物，如金属醇盐M(OR)。
与水反应。
3)缩聚反应：按其所脱去分子种类，可分为两类a)失水缩聚b)失醇缩聚2.应用由于溶胶．凝胶技术在控制产品的成分及均匀性方面具有独特的优越性，近年来已用该技术制成Li’ra02、“NbO，、PbTjO，、Pb(Zj孙)03和BaTjO，，等各种电子陶瓷材料。
特别是制备出形状各异的超导薄膜n0]，高温超导纤维¨¨等。
在光学方面该技术已被用于制备各种光学膜如高反射膜、减反射膜等和光导纤维、折射率梯度材料、有机染料掺杂型非线性光学材料等以及波导光栅、稀土发光材料等。
在热学方面用该技术制备的SiO：一Ti0：玻璃非常均匀，热膨胀系数很小，化学稳定性也很好；已制成的InO，．SnO：(ITO)大面积透明导电薄膜具有很好的热镜性能；制成的si02气凝胶具有超绝热性能等特点。
4研究展望3.目前，对溶胶一凝胶法的研究主要集中在以下几个方面：1)在工艺方面值得进一步探索的问题：较长的制备周期；应力松弛，毛细管力的产生和消除，孔隙尺寸及其分布对凝胶干燥方法的影响；在凝胶干燥过程中加入化学添加剂的考察，非传统干燥方法探索；凝胶烧结理论与动力学以及对最佳工艺(干燥、烧结工艺)的探索。
溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用
溶胶-凝胶法在制备纳米材料方面的应用前言纳米科技是一个跨学科的研究与开发领域,涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工及表征等.纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域内一个重要的研究课题,新材料制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。
最早是采用金属蒸发凝聚"原位冷压成型法制备纳米晶体，相继又发展了各种物理、化学方法，如机械球磨法、非晶晶化法、水热法、溶胶-凝胶法等溶胶—凝胶法是上个世纪6、70年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺,近年来多被用于制备纳米微粒和薄膜。
溶胶-凝胶法具有反应条件温和通常不需要高温高压，对设备技术要求不高，体系化学均匀性好，可以通过改变溶胶—凝胶过程的参数裁剪控制纳米材料的显微结构等诸多优点。
不仅可用于制备超微粉末和薄膜,而且成功应用于颗粒表面包覆，成为目前合成无机纳米材料的主要技术，引起了材料科学技术界的广泛关注，是一个具有挑战性和应用前景非常广阔的领域.1.溶胶-凝胶法的工艺原理：溶胶凝胶法的工艺原理是：以液体化学试剂配制成金属无机盐或金属醇盐的前驱体，前驱体溶于溶剂中形成均匀的溶液(有时加入少量分散剂）加入适量的凝固剂使盐水解、醇解或发生聚合反应生成均匀、稳定的溶胶体系,再经过长时间放置（陈化）或干燥处理使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分、最后得到无机纳米材料。
因此，也有人把溶胶凝胶法归类为前驱化合物法。
根据原料的不同，溶胶凝胶法一般可分为两类，即无机盐溶胶凝胶法和金属醇盐水解法。
（1)在无机盐溶胶凝胶法中，溶胶的制备是通过对无机盐沉淀过程的控制，使生成的颗粒不团聚成大颗粒而生成沉淀，直接得到溶胶;或先将部分或全部组分用适当的沉淀剂沉淀出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成胶体颗粒溶胶的形成主要是通过无机盐的水解来完成。
反应式如下（2）金属醇盐水解法通常是以金属有机醇盐为原料! 通过水解与缩聚反应而制得溶胶'首先将金属醇盐溶入有机溶剂！加水则会发生如下反应：式中M为金属R为有机基团，如烷基.经加热去除有机溶液得到金属氧化物材料。
溶胶凝胶法的原理及应用
溶胶凝胶法的原理及应用一、溶胶凝胶法的概述溶胶凝胶法（Sol-Gel Method）是一种常用的合成材料的方法，通过将溶解的金属离子或有机小分子通过水解、聚合和凝胶化等反应途径，形成无机或有机凝胶材料的过程。
其原理主要涉及胶体、溶胶和凝胶等概念。
溶胶凝胶法具有简单、灵活、无污染等优点，因此被广泛应用于材料科学、化学工程等领域。
二、溶胶凝胶法的原理溶胶凝胶法的原理基于溶胶和凝胶之间的相变过程。
一般来说，溶胶是一个分散的微观颗粒体系，其中悬浮在连续相（通常是液体）中的固体颗粒称为胶体颗粒。
凝胶是由溶胶中的胶体颗粒所形成的三维网状结构。
溶胶凝胶法的基本步骤包括凝胶前体的合成、溶胶的形成、凝胶的生成和固化等。
2.1 凝胶前体的合成凝胶前体材料参与凝胶化反应的离子或分子形成的混合物。
凝胶前体的合成通常通过溶液混合、沉淀、配位等方法得到。
例如，将金属盐和络合剂溶解在溶剂中，通过相互反应形成凝胶前体材料。
2.2 溶胶的形成凝胶前体在溶液中进一步水解、聚合等反应，形成胶体粒子的过程称为溶胶形成。
在形成过程中，原子、离子或分子逐渐成为固体的胶体颗粒，并与溶剂中的液相形成分散体系。
2.3 凝胶的生成溶胶形成后，在适当的条件下，胶体颗粒开始聚集，形成凝胶结构。
这是因为胶体颗粒之间发生物理或化学相互作用的结果，例如凝胶颗粒表面的粒子间引力互相作用。
2.4 固化凝胶的固化是指将凝胶材料从液体状态转变为固体状态的过程。
这通常涉及热处理、化学反应或物理改变等方法。
固化后的凝胶形成坚硬的固体物质，具有一定的形状和结构。
三、溶胶凝胶法的应用溶胶凝胶法具有广泛的应用领域，以下是几个常见的应用方面：3.1 材料科学溶胶凝胶法被广泛应用于合成新型材料。
通过调控凝胶化条件和前体材料的组成，可以得到具有特殊结构和性能的材料。
例如，通过控制Silica凝胶中孔洞的大小和分布，可以制备具有高表面积和吸附性能的材料，可应用于催化剂、吸附剂等领域。
溶胶-凝胶法的原理和应用
溶胶-凝胶法的原理和应用1. 溶胶-凝胶法的概述溶胶-凝胶法是一种常用的制备纳米颗粒材料的方法。
它通过将溶胶转化为凝胶，再通过热处理或其他方式将凝胶转化为纳米颗粒材料。
这种方法可以制备出具有高比表面积和孔隙结构的材料，具有广泛的应用前景。
2. 溶胶-凝胶法的原理溶胶-凝胶法的制备过程一般包括四个步骤：溶胶的制备、凝胶的形成、凝胶的加工和热处理。
以下是具体的原理介绍：2.1 溶胶的制备溶胶是指由固体颗粒悬浮在液体中形成的胶体系统。
在溶胶制备过程中，需要选择合适的溶剂和溶质，并通过物理或化学方法将其混合均匀，形成胶体系统。
2.2 凝胶的形成凝胶是指溶胶中颗粒聚集形成的凝胶网状结构。
在凝胶形成过程中，需要调节溶胶中的各种参数，如pH值、温度、浓度等，以促使颗粒聚集并形成凝胶。
2.3 凝胶的加工凝胶形成后，需要对凝胶进行进一步的加工处理。
加工的方式可以是冷冻干燥、超临界流体萃取等，目的是去除溶剂，使凝胶更加稳定。
2.4 热处理经过凝胶加工后，需要将凝胶进行热处理，将凝胶转化为纳米颗粒材料。
热处理过程中，需要控制温度和时间等参数，以保证颗粒的形成和结构的稳定。
3. 溶胶-凝胶法的应用溶胶-凝胶法具有广泛的应用前景，以下是该方法在一些领域的应用示例：3.1 纳米材料制备溶胶-凝胶法可以用于制备各种纳米颗粒材料，如二氧化硅、氧化铁等。
这些纳米材料具有高比表面积和孔隙结构，广泛应用于催化、传感、光学等领域。
3.2 传感器制备利用溶胶-凝胶法可以制备出高灵敏度和高选择性的传感器。
通过调节溶胶-凝胶过程中的参数和材料组成，可以实现对特定物质的检测和识别。
3.3 催化剂制备溶胶-凝胶法制备的纳米颗粒材料具有较大的比表面积和孔隙结构，非常适合用作催化剂。
这些催化剂可以应用于化学反应、汽车尾气净化等领域，具有高效率和长寿命的特点。
3.4 能源存储材料制备溶胶-凝胶法可以制备出具有高比表面积和孔隙结构的能源存储材料，如超级电容器材料、锂离子电池材料等。
溶胶-凝胶材料的制备及其应用
溶胶-凝胶材料的制备及其应用吴明明;赵雄燕;孙占英【摘要】综述了溶胶凝胶技术的应用现状及发展趋势,着重阐述了溶胶-凝胶态物质的制备工艺及该技术在纳米粉体材料、薄膜及涂层材料、纤维材料、有机-无机复合材料等领域的应用.新型溶胶-凝胶反应机理以及溶胶向凝胶转化过程中体系微结构变化规律的研究将是今后该领域发展的主要方向.%The application status and development of sol-gel technology were reviewed.The preparation of sol-gel substance and the application in the nano-powder materials,film and coating materials,fiber materials and organic-inorganic composites were emphatically elaborated.The study on new sol-gel reac-tion mechanism as well as the change law of microstructure in sol-gel process will be the main direction of development in this field.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2018(047)004【总页数】4页(P821-824)【关键词】溶胶-凝胶;薄膜及涂层;纤维;有机-无机复合材料【作者】吴明明;赵雄燕;孙占英【作者单位】河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄 050018;河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄 050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄 050018【正文语种】中文【中图分类】TQ427.2溶胶凝胶技术已经成为一门独立的边缘学科[1-2]。
溶胶-凝胶法在材料领域的应用
溶胶－凝胶法在材料领域的应用摘要溶胶－凝胶法是一种条件温和的材料制备方法，本文简述了溶胶－凝胶法的基本原理，总结了溶胶－凝胶技术发展现状，着重介绍了溶胶技术在制备块状、纤维、涂层和薄膜、超细粉末及复合材料方面的应用现状。
关键词溶胶－凝胶法，应用，材料制备ABSTRACT Sol-gel method is a method for material preparation under mild condition. This paper describes briefly basic principles of Sol-Gel method, and reviews its recent development, especially its current application in the preparation of monolith, fiber, coating and film, powder and composite.KEYWORDS Sol-Gel method, application, material preparation1 引言溶胶－凝胶法是制备材料的湿化学方法中新兴起的一种方法，其初始研究可追溯到1846年，J.J.Ebelmen[1]SiCl4与乙醇混合后，发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶，制备了单一氧化物(SiO2)，但未引起注意。
20世纪30年代W.Geffcken[2]利用金属醇盐水解和胶凝化制备出了氧化物薄膜，从而证实了这种方法的可行性，但直到1971年德国联邦学者H.Dislich[3]利用溶胶-凝胶法成功制备出SiO2-B2O-Al2O3-Na2O-K2O多组分玻璃之后，溶胶－凝胶法才引起科学界的广泛关注，并得到迅速发展，这被认为是溶胶－凝胶技术的真正开端。
1975年B.E.Yoldas[4]和M.Yamane[5]等仔细地将凝胶干燥，制得了整块陶瓷材料以及多孔透明氧化铝薄膜。
溶胶凝胶技术
溶胶凝胶技术是一种重要的材料制备方法，它可以通过溶解或分散在溶剂中的物质，在适当条件下形成胶体，进而制备出各种类型的凝胶材料。
本文将从溶胶凝胶技术的基本原理、制备方法和应用等方面进行介绍。
一、基本原理溶胶凝胶技术是一种基于溶胶-凝胶转化过程的材料制备方法。
溶胶是指由微小颗粒或聚集体组成的胶体，具有高比表面积和高分散度，通常呈稳定的胶态状态。
凝胶是指由溶胶聚集形成的三维网络结构，其内部充满了孔隙和通道，具有良好的吸附、传质和反应活性等性能。
溶胶凝胶技术的基本原理是将物质分散在溶剂中，形成稳定的溶胶，然后通过物理或化学方法使其转化为凝胶。
具体来说，溶胶凝胶技术主要包括以下步骤：1. 溶解或分散：将需要制备的物质加入适当的溶剂中，通过加热、搅拌或超声等方法使其充分溶解或分散，形成溶胶。
2. 凝胶化：将溶胶在适当条件下进行加工处理，使其中的微粒或聚集体发生相互作用，形成三维网络结构，从而形成凝胶。
3. 脱水和固化：将凝胶进行脱水和固化处理，使其内部空隙和通道固定下来，形成稳定的凝胶材料。
二、制备方法溶胶凝胶技术可以根据不同的物质和应用需求，采用多种不同的制备方法。
根据凝胶化机理的不同，可以将其分为物理凝胶法和化学凝胶法两种类型。
1. 物理凝胶法物理凝胶法是指利用物理作用引起的凝胶化过程，如晶体生长、沉淀、共沉淀、水热法、溶剂挥发法、冷冻干燥法等。
这些方法具有简单易行、操作方便、成本低廉等优点，但凝胶化过程通常比较缓慢，需要多次反复处理才能得到稳定的凝胶材料。
2. 化学凝胶法化学凝胶法是指利用化学反应引起的凝胶化过程，如溶胶-凝胶法、水解-缩合法、聚合法等。
这些方法具有反应速度快、成品质量稳定、性能可调节等优点，但需要控制反应条件和反应物比例等方面的因素，以确保凝胶化反应的顺利进行。
三、应用溶胶凝胶技术具有广泛的应用前景，它可以制备出各种类型的凝胶材料，包括无机凝胶、有机凝胶、复合凝胶等。
这些凝胶材料在生物医学、环境治理、能源储存、电子器件等领域都有很好的应用。
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评述与进展分子印迹溶胶2凝胶材料的制备及应用吕运开1,2 严秀平311(南开大学化学学院分析科学研究中心,天津300071) 2(河北大学化学和环境科学学院,保定071002)摘 要 分子印迹技术是制备对特定分子具有选择性识别的聚合物的技术。
分子印迹技术与溶胶2凝胶过程相结合,可设计多孔无机主体,增强分子识别能力,并具有极好的热稳定性和水解稳定性。
改变溶胶2凝胶过程的条件,可制备具有最佳孔隙率和表面积并用于分离复杂的混合物、选择性吸附富集模板分子(或目标分子)、催化、微合成器应用的分子印迹溶胶2凝胶材料。
综述了溶胶2凝胶技术和分子印迹技术的特点,分子印迹溶胶2凝胶技术和分子印迹溶胶2凝胶材料的概念、基本原理、制备方法及应用。
关键词 溶胶2凝胶,分子印迹,模板,二氧化硅,评述2003204223收稿;2004202212接受本文系国家杰出青年科学基金资助项目(No .20025516)1 引 言分子印迹技术(molecular i m p rinting technique,M I T )是当前发展高选择性材料的主要方法之一。
分子印迹技术就是在模板分子周围形成一个高度交联的刚性高分子,除去模板分子后在聚合物的网络结构中留下具有结合能力的反应基团,对模板客体分子表现高度的选择识别性能。
分子印迹聚合物(mo 2lecularly i m p rinted poly mers,M I Ps )是一种有固定孔穴大小和形状及有一定排列顺序的功能基团的交联聚合物,它对模板分子的立体结构具有“记忆”功能,可作为分子受体模拟生物大分子行为,因此在识别富集和识别分析中具有美好的应用前景。
溶胶2凝胶(Sol 2Gel )技术是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化,再经过热处理而制得氧化物或其它化合物固体的方法[1,2]。
这种方法具有容易制备、改性和处理溶胶2凝胶材料的特点。
温和的反应条件提供了结合各种分子进入到玻璃组成中的机会。
通过溶胶2凝胶过程条件的控制(包括硅烷的类型和浓度、反应体系pH 等),可合成具有特定的平均孔径、孔分布、表面积、折射率和极性的材料[1～4]。
溶胶2凝胶方法广泛应用于开发新催化材料[5]、化学传感器[3,4,6]、薄膜[7]、毛细管电色谱柱[8～10]、固相微萃取材料[10～12]、光学介质[13]、光敏材料及其非线性的应用[14]和固态电化学装置[15,16]等。
已有大量的文章详细地描述了溶胶2凝胶化学的许多应用[1～5,17～23]。
分子印迹溶胶2凝胶技术是利用溶胶2凝胶过程,把分子模板引入到无机网络结构中,形成一种刚性材料[24]。
一旦模板分子从主体中除去,对模板分子显示出好的亲和性。
分子印迹溶胶2凝胶材料兼顾了溶胶2凝胶和分子印迹二者的优点,克服了分子印迹有机聚合物的刚性与惰性较差的缺点,已经成为一个重要的研究方向。
2 溶胶2凝胶化学2.1 溶胶2凝胶过程溶胶2凝胶过程是在一个互溶的溶剂中,加入合适的催化剂(酸、碱和亲核体),烷氧基金属有机化合物与水结合,经水解和聚合、凝胶化、老化和干燥等几个步骤,制备不同构型的材料(块状、薄膜、纤维、粉体、球形)。
在化学分析应用中,制备材料的最广泛使用的前驱体是烷氧基硅烷,尤其是四甲氧基硅烷(T MOS )和四乙氧基硅烷(TEOS )[1,2,25]。
一般溶胶2凝胶过程有3种方法[2,25]:(1)胶体溶液的凝胶第33卷2005年2月 分析化学(FE NX I HUAXUE ) 评述与进展Chinese Journal of Analytical Che m istry 第2期254～260化;(2)醇盐或硝酸盐前驱体的水解聚合,继之超临界干燥凝胶;(3)醇盐前驱体的水解聚合、陈化、干燥。
其中以方法3最为常用。
2.2 反应机理[1,25]在溶胶、凝胶和干凝胶形成期间发生的化学反应对最终产物的组成和性质影响很大。
以硅原子为中心,经过双分子亲核取代反应(S N 22Si ),在酸性条件下,水解反应涉及到烷氧基团的质子化,在水的亲核作用下,形成五配位中间体。
烷氧基团上的部分正电荷与具有较易离去特性的基团交换。
在碱性条件下,这个机理是氢氧阴离子亲核进攻硅原子,形成负电荷的五配位中间体,然后由一个烷氧基阴离子置换[1]。
在溶胶2凝胶过程中,由于胶粒表面带电而使溶胶得以稳定。
随着溶剂的不断蒸发和水的不断消耗,溶液被浓缩以及悬浮体系的稳定性遭到破坏,胶粒间发生聚合反应,粒子逐渐长大。
由于表面硅醇基团负电荷的排斥作用,溶胶的稳定性降低。
需要将凝胶在溶剂的存在下,陈化一段时间,致使凝胶颗粒与颗粒之间形成较厚的界面,随着陈化时间的延长,凝胶的强度逐渐增大,最终足以抗拒溶剂挥发和颗粒收缩而产生的干裂。
控制挥发速度,可以降低凝胶的收缩和干裂程度。
超临界和冷冻干燥凝胶,可除去多孔结构中水和有机溶剂,而硅胶不皱缩。
这两种过程导致网络中极多的孔腔和高表面积,可超过99%和1500m 2/g 。
最终将形成多孔的、玻璃状的、具有三维网状结构的玻璃。
2.3 反应参数的影响[2,3,22]反应参数不同程度地影响着溶胶2凝胶材料的孔径和孔隙率的分布、比表面积、硅烷醇的浓度及其它一些结构性质。
其中最主要的两个过程参数为pH 值和水解度R (R =[H 2O ]/[Si (OR )4])[3]。
较高的pH 值加速水解和缩合步骤,增加二氧化硅粒子的溶解,同时还将导致粒子的去质子化程度增加和表面电荷的增多,从而延长了团聚和凝胶化过程。
因此在高pH 环境的溶解凝胶体系中可以制得高孔隙率、大孔径及高比表面积的产物。
较低pH (<2)时,Si O 2粒子的溶解可以忽略,酸催化加速了水解和缩合过程,此时凝胶化过程因粒子表面带正电荷(质子化)而受阻,这种强酸环境聚合过程类似于有机物的聚合过程。
这种聚合过程产生的材料具有致密和低比表面积的特点,可用来制备小孔径的气体分离膜。
硅溶胶的凝胶化过程发生在pH 3.5～7.5之间,此范围内Si O 2颗粒带负电荷并互相排斥,这时的颗粒仍然生长,但不发生凝聚。
当有盐类存在时,会出现凝聚和凝胶化过程。
外加稳定离子可阻止颗粒进一步凝聚,控制颗粒大小。
较大的H 2O ∶Si 摩尔比,硅氧烷化合物水解速率增大,而凝胶化的速率降低,二氧化硅干凝胶的孔隙率和比表面积较大。
当水解度小于4时,加剧了缩聚反应,降低了水解速度,聚合反应被缩合速率所控制。
低H 2O ∶Si 比率,产生未水解的烷氧基团,易于产生链状结构,并残留大量的有机物于结构中。
低H 2O ∶Si 比率和低pH 有利于纤维拉制的合适粘度。
此外还有其它参数如溶剂、添加剂的种类、温度、前驱体的种类等,如使用的溶剂过多,可以降低团聚而提高产物的多孔性。
添加剂的加入,如胺、氨、氟离子,可以催化水解和缩合反应;表面活性剂的加入,可以降低表面张力,稳定更小的粒子,阻止了干凝胶破碎,提高了比表面积;升高温度有利于提高溶剂的稳定性以及增大干凝胶的孔隙度和比表面积。
2.4 溶胶2凝胶方法的特点[22,23]溶胶2凝胶方法具有以下的特点:(1)纯度高,均匀性强。
溶胶2凝胶过程致使多成分溶液是分子级、原子级的混合,易于制备无机和有机杂化材料,易于改性;(2)可低温合成与处理,反应条件温和,提供了结合各种分子的机会;(3)操作简便;(4)物理刚性和抗磨损性强;(5)极好的透光度和自身荧光低。
其缺点是材料的脆性、需高pH 水解以及多孔硅成型困难,限制了商品性的立体构型方面的应用。
2.5 分子印迹溶胶2凝胶材料的结合作用分子印迹溶胶2凝胶材料是分子印迹技术采用溶胶2凝胶方法制备的对目标分子有特定识别或吸附能力的功能材料。
根据所要分离或催化底物的结构和性质,分子印迹材料可以选择性识别或吸附低分子化合物、低聚物、聚合物、分子聚集体、金属离子或金属络合物。
其识别原理在于分子印迹溶胶2凝胶材料具有特定的印迹孔穴和对印迹分子有较强亲和力的结合基团[26,27]。
为了实现高选择性和高亲和力,在制备分子印迹材料的过程中,对结合基团的要求是:(1)印迹分子与结合基团间的键合要尽可能的强,这样在聚合过程中才能牢固地把印迹分子固定住,在交联时才能把结合基团按确定的空间位置固552第2期吕运开等:分子印迹溶胶2凝胶材料的制备及应用 652 分析化学第33卷定排列;(2)生成聚合物后,印迹分子要尽可能地完全除去;(3)结合基团能与被结合的底物有良好的相互作用。
这一过程尽可能快速和可逆性好,以便用于色谱分离和催化。
因此,对于(1),希望结合作用要有高的活化能。
但对于(2)和(3),则要求尽可能低的活化能。
模板分子与基体材料之间的结合作用部分称为结合点。
在结合点的相互结合作用有:共价键、π2π作用、氢键、金属2配基结合作用、疏水/范德华力作用、静电作用、冠醚与离子作用、离子键。
根据功能单体和模板分子的作用机理,分子模板聚合物的制备方法可分为模板自组装和模板预组装两种。
二者的根本差别在于在合成和识别过程中,前者使用超分子作用,后者使用共价键作用。
预组装方法(共价法)由W ulff等[28]创立,模板分子与单体共价键结合,在交联剂存在下聚合,聚合后再打开共价键,除去模板分子。
自组装方式(非共价)主要由Mosbach等[29]创立,模板分子与功能单体之间预先自组织排列,以非共价键形成多点相互作用,聚合后这种作用保存下来。
分子模板聚合物的结合功能来源于模板分子和可聚合的功能单体通过一定官能团的结合作用,模板聚合物具有特定的印迹孔穴。
共价键作用的优点是聚合中能获得在空间精确固定排列的结合基团。
从理论上讲,共价键结合能产生选择性的结合基团的方向和孔穴,对于催化作用的材料较为有利。
但共价键限制性强,对于快速结合、释放的分离过程是不利的。
非共价键作用属于超分子化学作用的范畴,这种模板聚合物与模板底物的可逆性结合作用快,适于作为色谱材料。
离子键和疏水性作用具有快速、无方向性、专一性较差的缺点,而π2π作用和氢键作用方向性较好,利用多重位点相互作用,可提高专一性,增强结合作用。
Lübke等[30]将共价作用和非共价作用的分子印迹方法结合起来。
聚合单体与模板分子共价键结合(Sacrificial Spacer),聚合后,结合的共价键断开,除去模板,形成有结合位点的空穴,空穴与目标分子存在非共价键作用。
该方法适用于缺乏形成较强分子间相互作用的能力,且能以非共价作用进行识别的目标分子,具有共价印迹聚合物的亲和性和专一性强及非共价印迹聚合物操作条件温和的优点。
3 分子印迹溶胶2凝胶材料的制备及其特点3.1 制备因素的影响[24,26,27]分子模板聚合物的结构和制备因素是制备分子印迹聚合物的关键。
为了得到实用的高选择性的分子印迹聚合物,必须充分考虑下列因素:(1)选择的单体能形成硬度较高的聚合物基体,在除去模板分子后能使孔穴保持原来的形状,而具有高的选择性;(2)合成时,模板分子必须完全溶解在单体溶液中,以使每个模板分子均匀地分布在固体基体中,形成互补的三维结构位点;(3)聚合物基体中的模板分子必须完全除去。