M Meezzooppoorroowwaattaa kkrrzzeemmiioonnkkaa oottrrzzyymmyywwaannaa ppoopprrzzeezz uussiieecciioowwiieenniiee o okkttaawwooddoorrooookkttaassiillsseesskkwwiiookkssaannuu 5
I. WSTĘP
Materiały porowate cieszą się w ostatnich kilkudziesięciu latach ogromnym zainteresowaniem, głównie ze względu na swoją dużą powierzchnię właściwą i co za tym idzie potencjalne zastosowanie. Takie materiały mogą być wykorzystane w adsorpcji, wymianie jonowej, katalizie oraz w obszarach szczególnie ostatnio rozwijanych, takich jak powłoki antyrefleksyjne, systemy dostarczania leków, dielektryki o niskiej stałej dielektrycznej [1]. Rozważając prace publikowane w tym zakresie w ostatnich latach, na szczególne miejsce zasługuje mezoporowata krzemionka, której zakres obejmuje pory od 2 do 50 nm. Od przeszło dwudziestu lat rośnie zainteresowanie tym materiałem. Do tej pory najbardziej znanym materiałem porowatym były naturalnie występujące w przyrodzie zeolity. Ich liczne zastosowanie w życiu człowieka oraz wyjątkowe właściwości sprawiły, że zaczęto je pozyskiwać również na drodze syntetycznej tworząc nowe klasy. Jednak rozmiar porów poniżej 2 nm znacznie ogranicza ich zastosowanie, choć są też prace nad powiększeniem wielkości kanałów zeolitów. Stąd zainteresowanie materiałami, które mogą przeskoczyć barierę wielkości porów zachowując jednocześnie właściwości podobne do zeolitów.
Niniejsza praca została wykonana na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, na Katedrze Chemii Krzemianów i Związków Wielkocząsteczkowych. Katedra zajmuje się głównie związkami zawierającymi tetraedry krzemotlenowe, które można podzielić na występujące w przyrodzie krzemiany oraz siloksany, które z kolei otrzymuje się na drodze syntetycznej. Wśród grupy siloksanów wyróżniają się silseskwioksany, a wśród nich te o strukturze trójwymiarowej - sferycznej. Zastosowanie tego typu oligomerów jako prekursorów niejako ustala nanostrukturę otrzymanego materiału, gdyż część krzemotlenowa tych molekuł pozostaje w dużej mierze zachowana po procesie hydrolizy. Na szczególną uwagę zasługuje tutaj oktawodorooktasilseskwioksan, który jako jedyny z tej grupy jest całkowicie nieorganiczny. Przewiduje się, że jego właściwości takie jak np. niska stała dielektryczna mogą zostać przeniesione na otrzymany z niego materiał. Przedstawiona praca jest pierwszą na temat mezoporowatej krzemionki otrzymywanej bez udziału surfaktantów realizowaną na Katedrze Chemii Krzemianów i Związków Wielkocząsteczkowych.
M
Meezzooppoorroowwaattaa kkrrzzeemmiioonnkkaa oottrrzzyymmyywwaannaa ppoopprrzzeezz uussiieecciioowwiieenniiee o
okkttaawwooddoorrooookkttaassiillsseesskkwwiiookkssaannuu
6 Badania wykonane w ramach pracy doktorskiej obejmowały zastosowanie oktawodorooktasilseskwioksanu jako głównego prekursora do otrzymania mezoporowatej krzemionki bez użycia środków strukturyzujacych. W pierwszym etapie otrzymano i zbadano krzemionkę poprzez usieciowanie samego klatkowego silseskwioksanu T8H. Następnie do syntezy dodano komonomery zawierające jednostki D i Q, czyli: D - dietoksydimetylsilan i Q - tetraetoksysilan. Usieciowanie odbyło się poprzez hydrolityczną polikondensację. Tak otrzymane materiały zbadano metodami teksturalnymi (niskotemperaturowa sorpcja azotu, małokątowe rozpraszanie rentgenowskie, transmisyjna mikroskopia elektronowa) oraz strukturalnymi (spektroskopia w podczerwieni, spektroskopia Ramana, spektroskopia magnetycznego rezonansu, dyfrakcja rentgenowska). Istotnym fragmentem pracy jest również charakterystyka prekursorów krzemionki, która ma na celu potwierdzenie czystości stosowanych odczynników jak i pomaga scharakteryzować strukturę otrzymanego materiału.
Niniejsza rozprawa dzieli się na następujące części:
część pierwsza to przegląd literaturowy opisujący mezoporowatą krzemionkę, silseskwioksany będącymi głównymi prekursorami tego typu materiałów, oraz hydrolityczną polikondensację jako metodę syntezy zastosowaną w pracy
część druga to część doświadczalna – opisano zastosowane metody badań, scharakteryzowane zostały prekursory krzemionki, pozostałe odczynniki, oraz metodyka otrzymywania mezoporowatej krzemionki
część trzecia to dyskusja wyników badań, gdzie scharakteryzowano mezoporowatą krzemionkę otrzymaną z samego oktawodoroktasilseskwioksanu, kolejno próbki uzyskane przy zmianie warunków syntezy a następnie otrzymane przy wprowadzeniu komonomerów do układu, porównano również mezoporowatą krzemionkę syntezowaną w pracy z krzemionką dostępną komercyjnie
