新型两性“蛋黄-蛋壳”结构苯基膦酸铝微米球

具有“蛋黄-蛋壳”结构的球形材料凭借其独特的“核-空腔-壳”结构以及核和壳上均可调控的功能性,在环境、催化、生物、医药等应用领域中表现出诸多优异性能而备受关注。目前已经报道的“蛋黄-蛋壳”结构球形材料主要集中在氧化硅、高分子、碳和少数金属氧化物(TiO2,SnO2等),然而精细调控材料的 “蛋黄-蛋壳”结构和组成一直非常具有挑战性。特别是两性(Janus-type)的“蛋黄-蛋壳”结构球形材料,即在一个粒子中“蛋黄”和“蛋壳”具有相反的性质(如阴离子和阳离子,或酸性和碱性),则更加令人期待。

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辽宁师范大学化学化工学院石鑫博士研究小组与澳大利亚科庭大学的刘健博士合作,一步合成出具有阴离子核和阳离子壳的“蛋黄-蛋壳”结构苯基膦酸铝微米球。采用水热合成的方法,使用脲作为沉淀剂,利用脲在水热合成过程中水解缓慢升高合成体系的pH值,阴离子核经历Oswald熟化被转化成多孔阳离子壳从而形成两性的“蛋黄-蛋壳”结构。而且通过控制水热反应时间,可以精确地调控苯基磷酸铝微米球的形貌和结构,从类花微米球到光滑微米球,再到“蛋黄-蛋壳”结构微米球,最后到空心微米球。吸附实验证实,两性的“蛋黄-蛋壳”结构苯基膦酸铝微米球既能够吸附阳离子染料(MB),也能够吸附阴离子染料(PDS),而其他微米球则是选择性地吸附染料分子。此外,这些微米球在生物分子的吸附和富集方面也表现出了令人满意的性能。该项研究工作为“蛋黄-蛋壳”球形材料家族增加了一个新成员——膦酸盐,而且还为“蛋黄-蛋壳”球形材料的设计、合成提供了一种新的方法和理念。该研究成果已经发表在Adv. Sci.杂志上(DOI – 10.1002/advs.201500363)。

研究工作得到了国家自然科学基金和中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室开放课题的资助。