1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 58, № 12, 2022

Неорганические материалы, 2022, T. 58, № 12, стр. 1404-1412

Увеличение пористости частиц кремнезема путем уменьшения толщины стенок наноканалов и формирования дополнительной системы микропор

Д. А. Еуров 1, *, Д. А. Кириленко 1, М. В. Томкович 1, М. А. Яговкина 1, Д. А. Курдюков 1

1 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
194021 Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 26, Россия

* E-mail: edan@mail.ru

Поступила в редакцию 30.05.2022
После доработки 21.09.2022
Принята к публикации 25.09.2022

Аннотация

Разработана методика получения субмикронных сферических микро-мезопористых частиц кремнезема методом основного гидролиза органосиланов в спирто-водно-аммиачной смеси в присутствии цилиндрических мицелл алкиламина. Показано, что при добавлении в реакционную смесь диэтокси(3-глицидилоксипропил)метилсилана синтезируемые частицы содержат цилиндрические наноканалы SiO2 с внутренним диаметром 3 нм, характерные для наноструктурированных материалов типа M41S, но с меньшей толщиной стенок (0.5 вместо 0.7 нм). За счет этого удельные поверхность и объем пор увеличиваются с 750 до 1200 м2/г и с 0.5 до 0.7 см3/г соответственно. Добавление в реакционную смесь метакрилоксипропилтриметоксисилана приводит к дальнейшему росту параметров (до 1400 м2/г и 0.8 см3/г) за счет формирования микропор в стенках наноканалов.

Ключевые слова: сферические частицы, кремнезем, микропоры, мезопоры, удельная поверхность, объем пор

Список литературы

  1. Kresge C.T., Leonowicz M.E., Roth W.J., Vartuli J.C., Beck J.S. Ordered Mesoporous Molecular Sieves Synthesized by a Liquid-Crystal Template Mechanism // Nature. 1992. V. 359. P. 710–712. https://doi.org/10.1038/359710a0

  2. Walcarius A., Mercier L. Mesoporous Organosilica Adsorbents: Nanoengineered Materials for Removal of Organic and Inorganic Pollutants // J. Mater. Chem. 2010. V. 20. P. 4478–4511. https://doi.org/10.1039/B924316J

  3. Qiang T., Zhu R. Bio-Templated Synthesis of Porous Silica Nano Adsorbents to Wastewater Treatment Inspired by a Circular Economy // Sci. Total Environ. 2022. V. 819. P. 152929. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.152929

  4. Huirache-Acuña R., Nava R., Peza-Ledesma C.L., Lara-Romero J., Alonso-Núñez G., Pawelec B., Rivera-Muñoz E.M. SBA-15 Mesoporous Silica as Catalytic Support for Hydrodesulfurization Catalysts – Review // Materials. 2013. V. 6. P. 4139–4167. https://doi.org/10.3390/ma6094139

  5. Verma P., Kuwahara Y., Mori K., Raja R., Yamashita H. Functionalized Mesoporous SBA-15 Silica: Recent Trends and Catalytic Applications // Nanoscale. 2020. V. 12. P. 11333–11363. https://doi.org/10.1039/D0NR00732C

  6. Majeed S., Nawaz R., Rasheed T., Bilal M. Micro and Nano Technologies, Nanomaterials for Biocatalysis, Chapter 6 – Silica-Based Nanomaterials in Biocatalysis. N. Y.: Elsevier, 2022. P. 171–188.

  7. Muñoz-Pina S., Amorós P., El Haskouri J., Andrés A., Ros-Lis J.V. Use of Silica Based Materials as Modulators of The Lipase Catalyzed Hydrolysis of Fats Under Simulated Duodenal Conditions // Nanomaterials. 2020. V. 10. P. 1927. https://doi.org/10.3390/nano10101927

  8. Kumar A., Madden D.G., Lusi M., Chen K.-J., Daniels E.A., Curtin T., Perry 4th J.J., Zaworotko M.J. Direct air Capture of CO2 by Physisorbent Materials // Angew. Chem. Int. Ed. 2015. V. 54. P. 14372–14377. https://doi.org/10.1002/anie.201506952

  9. Zhao D., Wan Y., Zhou W. Ordered Mesoporous Materials. N. Y.: Wiley, 2013. 523 p.

  10. He Q., Shi J. MSN Anti-Cancer Nanomedicines: Chemotherapy Enhancement, Overcoming of Drug Resistance, and Metastasis Inhibition // Adv. Mater. 2014. V. 26. P. 391–411. https://doi.org/10.1002/adma.201303123

  11. Gisbert-Garzarán M., Lozano D., Matsumoto K., Komatsu A., Manzano M., Tamanoi F., Vallet-Regí M. Designing Mesoporous Silica Nanoparticles to Overcome Biological Barriers by Incorporating Targeting and Endosomal Escape // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. P. 9656–9666. https://doi.org/10.1021/acsami.0c21507

  12. Du X., He J.H. Hierarchically Mesoporous Silica Nanoparticles: Extraction, Amino-Functionalization, and Their Multipurpose Potentials // Langmuir. 2011. V. 27. P. 2972–2979. https://doi.org/10.1021/la200014w

  13. Wu S.-H., Mou C.-Y., Lin H.-P. Synthesis of Mesoporous Silica Nanoparticles // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 3862–3875. https://doi.org/10.1039/C3CS35405A

  14. Zhang K., Fang H., Chen Z., Taylor J.-S.A., Wooley K.L. Shape Effects of Nanoparticles Conjugated with Cell-Penetrating Peptides (HIV Tat PTD) on CHO Cell Uptake // Bioconjug. Chem. 2008. V. 19. P. 1880–1887. https://doi.org/10.1021/bc800160b

  15. Foroozandeh P., Aziz A.A. Insight into Cellular Uptake and Intracellular Trafficking of Nanoparticles // Nanoscale Res. Lett. 2018. V. 13. P. 339. https://doi.org/10.1186/s11671-018-2728-6

  16. Lee Y.J., Ahn E.-Y., Park Y. Shape-Dependent Cytotoxicity and Cellular Uptake of Gold Nanoparticles Synthesized Using Green Tea Extract // Nanoscale Res. Lett. 2019. V. 14. P. 129. https://doi.org/10.1186/s11671-019-2967-1

  17. Trofimova E.Yu., Kurdyukov D.A., Yakovlev S.A., Kirilenko D.A., Kukushkina Y.A., Nashchekin A.V., Sitnikova A.A., Yagovkina M.A., Golubev V.G. Monodisperse Spherical Mesoporous Silica Particles: Fast Synthesis Procedure and Fabrication of Photonic-Crystal Films // Nanotechnology. 2013. V. 24. P. 155601. https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/15/155601

  18. Beck J.S., Vartuli J.C., Roth W.J., Leonowicz M.E., Kresge C.T., Schmitt K.D., Chu T.W.C., Olson D.H., Sheppard E.W. A New Family of Mesoporous Molecular Sieves Prepared with Liquid Crystal Templates // J. Am. Chem. Soc. 1992. V. 114. P. 10834. https://doi.org/10.1021/ja00053a020

  19. Jana S.K., Mochizuki A., Namba S. Progress in Pore-Size Control of Mesoporous MCM-41 Molecular Sieve Using Surfactant Having Different Alkyl Chain Lengths and Various Organic Auxiliary Chemicals // Catal. Surv. 2004. V. 8. P. 1–13. https://doi.org/10.1023/B:CATS.0000015110.85694.d9

  20. Knežević N.Ž., Durand J.-O. Large Pore Mesoporous Silica Nanomaterials for Application in Delivery of Biomolecules // Nanoscale. 2015. V. 7. P. 2199–2209. https://doi.org/10.1039/C4NR06114D

  21. Трофимова Е.Ю., Грудинкин С.А., Кукушкина Ю.А., Курдюков Д.А., Медведев А.В., Яговкина М.А., Голубев В.Г. Флюоресцентные монодисперсные сферические частицы на основе мезопористого кремнезема и родамина 6Ж // ФТТ. 2012. Т. 54. № 6. С. 1220–1227.

  22. Kurdyukov D.A., Eurov D.A., Kirilenko D.A., Kukushkina J.A., Sokolov V.V., Yagovkina M.A., Golubev V.G. High-Surface Area Spherical Micro-Mesoporous Silica Particles // Microporous Mesoporous Mater. 2016. V. 223. P. 225–229. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2015.11.018

  23. Еуров Д.А., Кириленко Д.А., Курдюков Д.А. Зародышеобразование штоберовских частиц кремнезема в присутствии метакрилоксипропилтриметоксисилана // Коллоидный журн. 2017. № 1. Т. 79. С. 38–43. https://doi.org/10.7868/S0023291217010049

  24. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 310 с.

  25. Eurov D.A., Kurdyukov D.A., Medvedev A.V., Kirilenko D.A., Tomkovich M.V., Golubev V.G. Micro-Mesoporous Submicron Silica Particles with Pore Size Tunable in a Wide Range: Synthesis, Properties and Prospects for LED Manufacturing // Nanotechnology. 2021. V. 32. P. 215604. https://doi.org/10.1088/1361-6528/abe66e

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал