负载罗丹明B介孔二氧化硅单片(MSM/RhB)的制备与表征

赵大洲

(陕西学前师范学院化学与化工系，陕西 西安 710100)



负载罗丹明B介孔二氧化硅单片(MSM/RhB)的制备与表征

赵大洲

(陕西学前师范学院化学与化工系，陕西 西安 710100)

通过溶剂挥发法将激光染料罗丹明B(RhB)分子组装到介孔二氧化硅单片(MSM)孔道中，制备出主-客体复合材料MSM/RhB，采用数码照片、XRD、UV-Vis和荧光光谱对其结构进行了表征。结果表明，激光染料RhB分子成功进入到MSM孔道中，形成的复合材料MSM/RhB具有相对透明、厘米级尺寸的不规则单片状形貌，同时具有很好的光学特性。

介孔二氧化硅单片；溶剂挥发法；罗丹明B；光学性质

有机激光染料分子内含有共轭双键，在高功率的闪光灯下具有良好的光学活性。激光染料在实际应用中通常需用有机溶剂预处理，流动的液体体系使得激光染料分子极易团聚在一起，能量也很容易通过热弛豫现象释放，从而导致其光学活性下降。染料分子呈现单分散状态是保持其良好光学活性的前提条件。因此，将染料分子与固体材料复合成为近年来研究者关注的热点[1-3]。不同于液态环境, 固态载体中染料分子可以有效地分散，避免团聚，从而降低了由于热振动而引发的能量损耗，扩大了激光的可调谐波长范围, 有利于提高荧光量子效率及光化学稳定性，使染料分子表现出更好的光学活性。

无机介孔材料以其独特的孔道结构、良好的吸附性能备受研究者关注。罗丹明B(RhB，图1)作为一种典型的有机激光染料，与无机介孔材料复合后，广泛应用于激光器件、光学传感器等领域[4-7]。其中，以无机粉体材料为主体、有机染料分子为客体的复合材料在实际应用中受到了很大限制，而易于操作的单片材料受到研究者的广泛关注[8]。作者采用溶剂挥发法，将介孔二氧化硅单片(MSM)与RhB分子复合，制备了主-客体复合材料MSM/RhB，并对其结构进行了表征。

图1　罗丹明B的分子结构

1　实验

1.1试剂

三嵌段共聚物P123(EO20PO70EO20)，Adrich公司；正硅酸乙酯(TEOS)、RhB、盐酸，北京化工厂；无水乙醇、95%乙醇，国药集团化学试剂有限公司；自制二次蒸馏水。所有试剂均为分析纯，且未进行任何纯化处理。

1.2方法

1.2.1MSM的制备

将1.0 g P123溶解于0.15 mL HCl(1.5 mol·L-1)和25 mL 95%乙醇的混合溶液中，室温下均匀搅拌2 h，随后逐滴加入2.35 mL TEOS，35 ℃下继续搅拌1 h，并陈化1 d，得到的固体产物在无水乙醇-HCl混合溶液中回流15 h，得到厘米级尺寸的不规则薄片材料，即MSM。

1.2.2MSM/RhB的制备

取0.2 g MSM、0.04 g RhB和8 mL无水乙醇置于烧杯中混合均匀，搅拌4 h后离心分离，将产物用二次蒸馏水和无水乙醇多次洗涤，得到复合材料MSM/RhB。

1.2.3MSM和MSM/RhB的表征

MSM/RhB的形貌采用数码相机拍照；MSM和MSM/RhB的小角X-射线衍射图谱采用D8 Focus型X-射线衍射仪测试；MSM和MSM/RhB的比表面积、孔体积和相对孔径通过N2吸附-脱附分析，用BET方法计算；紫外可见吸收光谱采用TU-1901型紫外可见分光光度计测试；荧光光谱通过Shimadzu RF-5301 PC型荧光光谱仪测试。

2　结果与讨论

2.1数码照片

复合材料MSM/RhB的数码照片如图2所示。

图2　复合材料MSM/RhB的数码照片

2.2X-射线衍射分析

图3为样品MSM和MSM/RhB的小角X-射线衍射图谱。

图3　MSM和MSM/RhB的小角X-射线衍射图谱

由图3可知，MSM具有介孔结构，负载RhB后，MSM的结构并未遭到破坏，这是由于P123作为结构导向剂形成了胶束，RhB在胶束内部与P123发生了分子间相互作用形成了介孔结构。负载RhB后衍射峰强度有所减弱并发生位移，2θ由2.05°变为2.20°，根据布拉格方程λ=2dsinθ(θ是布拉格角，d是层间距，λ=0.15418 nm)，计算出d值由4.4 nm减小到4.0 nm，表明RhB分子被成功地组装到MSM的孔道中。

2.3N2吸附-脱附分析

对MSM和MSM/RhB进行N2吸附-脱附分析，结果见图4。

由图4可知，负载RhB后，MSM的比表面积、孔体积和相对孔径由 890 m2·g-1、0.95 cm3·g-1和4.6 nm分别减小到480 m2·g-1、0.46 cm3·g-1和3.9 nm。表明RhB已经进入到MSM的孔道中，与X-射线衍射分析结果基本吻合。

2.4紫外可见吸收光谱分析

分别对RhB和MSM/RhB进行紫外可见吸收光谱测试，结果见图5。

图4　MSM和MSM/RhB的N2吸附-脱附等温线(内插图为孔径分布图)

图5　RhB和MSM/RhB的紫外可见吸收光谱

由图5可知，RhB在525 nm处有最大吸收峰，与MSM复合后，最大吸收峰发生了80 nm的蓝移，迁移到445 nm处。这是由于RhB分子被局限在孔道中的P123胶束内，与P123通过色散力、氢键以及静电作用力等发生相互作用，共同导向形成介孔结构，并使RhB分子尽可能地在介孔结构中处于分散状态，避免形成多聚体。

2.5荧光光谱分析

室温下RhB和MSM/RhB的荧光光谱见图6。

图6　RhB和MSM/RhB的荧光光谱

由图6可知，在330 nm处激发时，MSM/RhB和RhB的最大发射峰分别处于670 nm和605 nm，前者相对于后者发生了65 nm的红移。这是由于RhB分子进入MSM孔道中，被局限在P123形成的胶束内，与P123分子发生相互作用，降低了RhB分子的结合能以及相对自由度，减少了RhB分子间的相互作用。此性质为其在荧光弛豫技术以及固体染料激光器的开发提供了理论基础。

3　结论

采用溶剂挥发法制备出具有厘米级尺寸、相对透明的不规则复合材料 MSM/RhB。紫外可见吸收光谱分析表明，RhB分子在刚性的MSM孔道中呈现较好的单分散状态，光学稳定性较好。荧光光谱分析表明，该复合材料具有很强的荧光特性，有望应用于光学器件的研发。

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Preparation and Characterization of Mesoporous Silica Monolithic Entrapping RhB(MSM/RhB)

ZHAO Da-zhou

(DepartmentofChemistryandChemicalEngineering,ShaanxiXueqianNormalUniversity,Xi′an710100,China)

Host-guestcompositesMSM/RhBwithmesoporoussilicamonolithic(MSM)entrappingRhodamineB(RhB)werepreparedbyasolventevaporationmethod.Thecompositeswerecharacterizedbydigitalphotograph，XRD，UV-Visandfluorescencespectrum.ResultsexhibitedthattheRhBmoleculespenetratedintotheporesofMSM.Moreover,thecompositesMSM/RhBincm-scalewithclearandirregularmonolithicmorphologypresentedgoodluminescentproperties.

mesoporoussilicamonolithic;solventevaporationmethod;RhodamineB(RhB);luminescentproperty

10.3969/j.issn.1672-5425.2016.08.009

陕西省教育厅科研基金资助项目(15JK1184)，陕西学前师范学院科研基金资助项目(2016YBKJ071)

2016-03-16

赵大洲(1985-)，男，山西朔州人，讲师，研究方向：功能化无机材料的合成与表征，E-mail：dazhou550597667@163.com。

O 612.4

A

1672-5425(2016)08-0039-03

赵大洲.负载罗丹明B介孔二氧化硅单片(MSM/RhB)的制备与表征[J].化学与生物工程，2016，33(8)：39-41.