pH刺激响应性纳米水凝胶是粒径在1～1000nm范围内,可对环境pH值的微小变化产生响应的智能纳米水凝胶。如果将金属纳米粒子负载在pH刺激响应性纳米水凝胶中,形成的复合纳米水凝胶具有许多特殊的性能,如其中金属纳米粒子的光学性能或催化活性可随环境pH值的变化而发生改变,因此它在传感器、微反应器、药物输送和医学诊断等方面有良好的应用前景。本文首先采用沉淀聚合法合成了具有半互穿聚合物网络(semi-IPN)结构的pH刺激响应性纳米水凝胶,然后以它为微反应器制备了载银纳米粒子的复合纳米水凝胶,最后对复合纳米水凝胶的pH刺激响应性、光学性能和催化活性进行了研究。本文研究工作及取得的研究结果主要有以下几方面：(1)采用沉淀聚合法合成出由线性聚丙烯酸(PAA)和交联聚(N—异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)组成的、具有semi-IPN结构的pH刺激响应性纳米水凝胶(PNIPAM/PAA semi-IPN纳米水凝胶),合成过程中不使用有机溶剂和乳化剂等小分子有机化合物,因此该方法具有绿色环保的特点。红外光谱和元素分析结果表明反应介质的pH值越低,PNIPAM/PAA semi-IPN纳米水凝胶中PAA组分的相对含量也越高。透射电镜的表征结果证实了纳米水凝胶具有semi-IPN结构。动态激光光散射测试结果表明PNIPAM/PAA semi-IPN纳米水凝胶具有很强的pH刺激响应性,相转变前后其体积变化可达到120倍。(2)以PNIPAM/PAA semi-IPN纳米水凝胶为微反应器,采用原位还原法合成出载Ag纳米粒子的复合纳米水凝胶。具有面心立方晶体结构的Ag纳米粒子均匀地分散在复合纳米水凝胶中。它的平均粒径在3～7nm之间,重量含量可高达43%。随着还原反应介质pH值的降低,形成的复合纳米水凝胶中Ag纳米粒子的粒径逐渐增大,而重量含量逐渐减少。相同反应介质pH值条件下,随着PNIPAM/PAA semi-IPN纳米水凝胶中PAA含量的增加,原位还原反应形成的Ag纳米粒子粒径变化不大,而其重量含量明显增多。(3)nano-Ag/(PNIPAM/PAA semi-IPN)复合纳米水凝胶具有显著的pH刺激响应性,但它随着其中Ag纳米粒子含量的上升而减弱。nano-Ag/(PNIPAM/PAA semi-IPN)复合纳米水凝胶中Ag纳米粒子具有表面等离子体共振的光学性能,其紫外—可见吸收光谱曲线上最大吸收峰的位置具有pH依赖性,表明该复合纳米水凝胶有望用于pH值检测的传感器。nano-Ag/(PNIPAM/PAA semi-IPN)复合纳米水凝胶对NaBH4还原4-硝基苯酚的反应具有催化作用,通过调节反应溶液pH值后的离心分离方法可对其中的复合纳米水凝胶进行回收再利用。
