Jagiellonian University Repository

Hybrydowe materiały polimerowo-nieorganiczne na bazie mezoporowatych cząstek krzemionkowych ze stałym rdzeniem : wielofunkcyjne nośniki i mikroreaktory

pcg.skipToMenu

Hybrydowe materiały polimerowo-nieorganiczne na bazie mezoporowatych cząstek krzemionkowych ze stałym rdzeniem : wielofunkcyjne nośniki i mikroreaktory

Show full item record

dc.contributor.advisor Zapotoczny, Szczepan [SAP11115745] pl
dc.contributor.author Baliś, Andrzej [SAP14017002] pl
dc.date.accessioned 2020-02-14T09:17:16Z
dc.date.available 2020-02-14T09:17:16Z
dc.date.submitted 2020-01-08 pl
dc.identifier.uri https://ruj.uj.edu.pl/xmlui/handle/item/148923
dc.language pol pl
dc.rights Copyright *
dc.rights.uri http://ruj.uj.edu.pl/4dspace/License/copyright/licencja_copyright.pdf *
dc.title Hybrydowe materiały polimerowo-nieorganiczne na bazie mezoporowatych cząstek krzemionkowych ze stałym rdzeniem : wielofunkcyjne nośniki i mikroreaktory pl
dc.title.alternative Polymer-inorganic hybrid mesoporous materials with solid cores : multifunctionl carriers and microreactors pl
dc.type Thesis pl
dc.place Kraków pl
dc.description.physical 179 pl
dc.description.additional Bibliogr. s. 165-175 pl
dc.abstract.pl Zaproponowane w 1990 r przez Kurodę i później przez pracowników Mobil w 1992 r. mezoporowate materiały krzemionkowe stworzyły możliwości, nieosiągalne przez popularne ówcześnie zeolity. Większy rozmiar porów (2-30 nm) sprzyja wykorzystaniu takich materiałów w selektywnej adsorpcji, liczne grupy silanolowe umożliwiają zastosowanie mezoporowatych nanocząstek krzemionkowych (MSN, Mesoporous Silica Nanoparticles) w katalizie, optyce, elektronice, wytwarzaniu sensorów itp.. Przez ostatnie 30 lat materiały te były intensywnie badane czego wynikiem jest ponad 20000 publikacji w czasopismach z listy filadelfijskiej, ale zainteresowanie tą tematyką jest stale wysokie. Niniejsza praca skupia się na wytwarzaniu nowych materiałów opartych na MSN, w szczególności uzyskania materiału o potencjalnych zastosowaniach jako nanoreaktory chemiczne m.in. do degradacji szkodliwych związków adsorbowanych w ograniczonym przestrzennie środowisku mezoporów oraz prowadzenia fotosensybilizowanych reakcji fotochemicznych. Głównym celem niniejszej pracy doktorskiej było otrzymanie hybrydowych materiałów polimerowo-nieorganicznych na bazie mezoporowatych cząstek krzemionkowych z nieporowatym rdzeniem i wykorzystania ich w funkcji wielofunkcyjnych nośników substancji aktywnych i mikroreaktorów fotochemicznych. Istotą badań, było wykazanie użyteczności polimerowo-nieorganicznych sferycznych struktur wynikającą z obecności ograniczonego przestrzennie środowiska zapewnionego przez ułożone radialne i gęsto upakowane cylindryczne pory. Pożądany materiał krzemionkowy jest transparentny dla światła, co stwarza możliwość prowadzenia w nim procesów fotofizycznych i reakcji fotochemicznych. Na początku, w części teoretycznej, opisałem rys historyczny, klasyfikację materiałów porowatych, oraz główne typy i wpływ różnych czynników na właściwości otrzymanych materiałów. Następnie przedstawiono klasyfikację modyfikacji chemicznych MSN oraz wynikające z nich możliwości zastosowania. W trzecim rozdziale części teoretycznej można zapoznać się z teorią dotyczącą procesów wykorzystywanych w pracy takich jak: Inicjowana Powierzchniowo Polimeryzacja Rodnikowa z Przeniesieniem Atomu (SI-ATRP), Försterowskie Rezonansowe Przeniesienie Energii (FRET), technika odkładania filmów warstwa po warstwie (ang. layer-by-layer, LbL). W niniejszej pracy zsyntezowano i scharakteryzowano materiały typu SCMS (Solid Core Mesoporous Shell) wraz z ich kilkoma modyfikacjami. Zoptymalizowano szereg parametrów mających wpływ na morfologię, średni rozmiar i dyspersję, kształt, agregację oraz powierzchnię właściwą i średni rozmiar porów. Zbadano wpływ temperatury syntezy na wielkość nieporowatego rdzenia oraz grubość mezoporowatej powłoki oraz czasu tworzenia na jej grubość. Wspomniany stały rdzeń daje możliwość wydajnego wyizolowania z roztworu i zapewnia większą trwałość mechaniczną nośników. W kolejnym etapie wykorzystano mikrocząstki SCMS do stworzenia nanozbiorników w wyniku wytworzenia termoczułych szczotek polimerowych (PNIPAM) na powierzchni porów na drodze SI-ATRP. Tak otrzymane materiały pod wpływem niewielkich zmian temperatury umożliwiają kontrolę transportu modelowych barwniki do wnętrza porów. Układy te mogą zostać wykorzystane jako mikrorekatory z kontrolowanym przepływem reagentów lub jako nośniki substancji aktywnych. Niniejsza praca doktorska obejmuje również otrzymywanie fotoaktywnych hybrydowych nośników metodą współkondensacji modyfikowanych trialkoksyorganosilanów. Synteza tych związków i oczyszczanie zostały zoptymalizowane, a zsyntezowane przy ich użyciu mikrocząstki SCMS wykazują absorbcję i emisję pochodzącą od kowalencyjnie przyczepionego antracenu, wprowadzonego do nich w procesie współkondensacji. Zaczepione kowalencyjnie grupy chromoforowe posłużyły jako donory w procesach przeniesienia energii (FRET) z hydrofobowymi i hydrofilowymi akceptorami (perylen, fluoresceina) adsorbowanymi z roztworu. Rozwiązanie to pozwoliło osiągnąć pożądane cechy mikrofotoreatorów zawierających fotosensybilizator wbudowany w strukturę mezoporowatego nośnika. Ostatni rozdział pracy opisuje modyfikację powierzchni SCMS przy pomocy techniki LbL. Wytworzono trwałe warstwy polielektrolitów na bazie polisiloksanów na powierzchni nanocząstek oraz wykazano różnice w przepuszczalności modelowych barwników przez powłokę polimerową przy przejściu między stanem szklistym i elastycznym. Syntezy powyższych materiałów zostały wsparte obszerną charakterystyką przy pomocy metod mikroskopowych (SEM, TEM, STEM, Cryo-TEM, FLIM), spektroskopowych (FT-IR, UV-VIS, MS, NMR, pomiary fluorescencji) oraz innych takich jak termograwimetria, analiza elementarna, dynamiczne rozpraszanie światła, metoda proszkowej dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego oraz pomiary sorpcji azotu. pl
dc.abstract.en Proposed in 1990 by Kuroda and later by Mobil employees in 1992, mesoporous silica materials gave new possibilities unattainable by popular in that time zeolites. The larger pore size (2-30 nm) favors such materials in selective adsorption while silanol groups allow the use of mesoporous silica nanoparticles (MSN, Mesoporous Silica Nanoparticles) in catalysis, optics, electronics, sensor manufacturing, etc. Over the last 30 years, these materials have been extensively studied resulting in over 20,000 publications in journals on the Philadelphia list. However, interest in this topic is still very high. This thesis work focuses on fabrication of a new material based on MSN, in particular obtaining material with potential applications as chemical nanoreactors designed for the degradation of harmful compounds adsorbed in a confined environment of mesopores and for carry out photosensitized photochemical reactions. The main goal of this dissertation was to obtain hybrid polymer-inorganic materials based on mesoporous silica particles with a non-porous core and to use them as multifunctional carriers of active substances and photochemical microreactors. The crucial point of this research was to demonstrate the utility of polymer-inorganic spherical structures resulting from the presence of a space-limited environment provided by arranged radially and densely packed cylindrical pores. The desired silica material is transparent to light which makes it possible to carry out photophysical processes and photochemical reactions. At the beginning, in the theoretical part, I described the historical outline, classification of porous materials, and the main types and influence of the most important factors on the properties of obtained materials. Afterwards, the classification of MSN chemical modifications and the resulting applications were presented. The theory of crucial processes used in this work was explained in the third chapter. It focuses on Surface Initiated Radical Atomic Transfer Polymerization (SI-ATRP), Förster Resonance Energy Transfer (FRET), and layer-by-layer film deposition technique. In this work, SCMS (Solid Core Mesoporous Shell) materials with several modifications have been synthesized and characterized. A number of parameters have influence on morphology, average size and dispersion, shape, aggregation, surface area and average pore size distribution have been optimized. The influence of the synthesis temperature on the size of the non-porous core, the thickness of the mesoporous shell, and the time of formation on its thickness were investigated. Mentioned before, solid core gives the possibility of efficient isolation from the solution and ensures greater mechanical durability of the carriers. In the next stage, SCMS microparticles were used to create nanocontainers as a result of grafting of thermosensitive polymer brushes (PNIPAM) on the surface of the pore walls via the SI-ATRP route. Under the influence of small temperature, changes of obtained materials in aqueous solution allow to control the transport of model dyes into and out of the pores. These systems can be used as microrectors with controlled flow of reagents or as carriers of active substances. The thesis also includes the preparation of photoactive hybrid carriers by co-condensation of modified trialkoxyorganosilanes. The synthesis and purification of these compounds have been optimized and the SCMS microparticles synthesized using them show absorption and emission from covalently attached anthracene, bonded into them in a co-condensation process. Covalently attached chromophore groups served as donors in energy transfer processes (FRET) with hydrophobic and hydrophilic acceptors (perylene, fluorescein) adsorbed from the solution. This solution allowed to achieve the desired characteristics of micro-photoreactors containing a photosensitizer built into the structure of the mesoporous carriers. The last chapter of this work describes the surface modification of SCMS using the LbL technique. Durable polyelectrolyte layers based on polysiloxanes on the surface of SCMS nanoparticles and differences in the permeability of model dyes through the polymer coating at the transition between the glassy and elastic state were demonstrated. Syntheses of the above materials were supported by extensive characteristics using microscopic (SEM, TEM, STEM, Cryo-TEM, FLIM), spectroscopic (FT-IR, UV-VIS, MS, NMR, fluorescence measurements) and other methods such as thermogravimetry, elemental analysis, dynamic light scattering, X-ray powder diffraction method, and nitrogen sorption measurements. pl
dc.subject.pl mezoporowata krzemionka pl
dc.subject.pl szczotki polimerowe pl
dc.subject.pl współkondensacja antracenowych pochodnych pl
dc.subject.pl warstwa po warstwie pl
dc.subject.pl mikroreaktory pl
dc.subject.en mesoporous silica pl
dc.subject.en polymer brushes pl
dc.subject.en co-condensation of anthracene derivatives pl
dc.subject.en Layer-by-Layer pl
dc.subject.en microreactors pl
dc.identifier.callnumber Dokt. 2020/002 pl
dc.contributor.institution Uniwersytet Jagielloński. Wydział Chemii. Zakład Chemii Fizycznej i Elektrochemii pl
dc.contributor.reviewer Sitarz, Maciej pl
dc.contributor.reviewer Słomkowski, Stanisław pl
dc.affiliation Wydział Chemii : Zakład Chemii Fizycznej i Elektrochemii pl
dc.rights.original OTHER; otwarte repozytorium; ostateczna wersja autorska (postprint); w momencie opublikowania; 0 pl
dc.identifier.project ROD UJ / OP pl


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Copyright Except where otherwise noted, this item's license is described as Copyright