Influence of surface functionalization on the hydrophilic character of mesoporous silica nanoparticles

表面改性 性格(数学) 化学 材料科学 介孔二氧化硅 化学工程 纳米颗粒 介孔材料 曲面(拓扑) 纳米技术 有机化学 工程类 数学 几何学 催化作用
作者
Giorgia Musso,Emanuela Diana Bottinelli,Luisella Celi,Giuliana Magnacca,Gloria Berlier
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:17 (21): 13882-13894 被引量:77
标识
DOI:10.1039/c5cp00552c
摘要

We report the synthesis and surface functionalization of MCM-41-like mesoporous silica nanoparticles (MSNs) with spheroidal shape and particle size of 141 ± 41 nm. The success of surface functionalization with aminopropyl and sodium ethylcarboxylate groups (giving amino-MSN and carboxy-MSN, respectively) was ascertained by infrared spectroscopy and ζ potential measurements. The former showed the decrease of surface silanol groups and the corresponding appearance of signals related to NH2 bending mode (δNH2) at 1595 cm(-1) and COO(-) stretching (νas and νsym) at 1562 and 1418 cm(-1). The latter showed a change in surface charge, in that the isoelectric point (IEP) changed from pH 3-4.5 to 8.5 when the MSN was functionalized with the amino groups, while carboxy-MSN showed a more negative charge in the whole pH range with respect to MSN. The hydrophilic character of the prepared materials was ascertained by quantitative microgravimetric measurements, allowing the calculation of the average isosteric adsorption heat (q[combining macron]st). This was found to be 51 ± 3 kJ mol(-1), 61 ± 4, and 65 ± 3 kJ mol(-1) for MSN, amino-MSN, and carboxy-MSN samples, respectively. The increase in q[combining macron]st after functionalization can be ascribed to the specific interaction of water molecules with the functionalizing agents, in agreement with a higher basicity with respect to silanol groups. Moreover, the possibility of multiple H-bonding interactions of water molecules with the carboxylate anion is put forward to account for the higher water uptake with respect to parent MSN.
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