The self-organization between surfactant and silicate has received much recent attention, due to the significance for producing mesoporous molecular sieves after removal of the surfactant. The present work was undertaken in order to synthesize silica-amphiphile aggregates with much smaller pore size than the previous mesoporous materials (2-50 nm in pore diameter) by using various kinds of short chain surfactants. In the present study, well ordered silica-amphiphile aggregates have been synthesized using the mixture of N,N-dialkyl-N,N,N,'N'- tetramethyl-propane-1,3-diammonium dibromide ($C_{n-3-n}$, n=6∼10) gemini surfactants, which have two alkyl chains and two ammonium nitrogen head groups per surfactant molecule, and dialkyldimethylammonium bromide ($C_{n-n}$), which have two alkyl chains on the same quaternary ammonium nitrogen, despite of the short alkyl chain lengths. Two kinds of surfactant- silicate aggregates, ie. disordered, hexagonal phases, were obtained depending on the $C_{n-3-n}$ to $C_{n-n}$ ratio and the silica to surfactant ratio. The optimum reactants composition was found to be x $SiO_2$ : 0.25x $Na_2O$ : y $C_{n-3-n}$ : (1-y) $C_{n-n}$ : z $H_2O$ in the temperature range of 353 - 373 K, where x, y and z was varied over 2-6, 1-0.75 and 700-1500, respectively. The previous silica material thus obtained were characterized with XRD and pore size distribution.
These results indicate that it is make possible to synthesize microporous molecular sieves using silica-surfactant aggregates. The microporous materials are expected to be useful as a new shape selective catalyst and host material for nanochemisty in the future.
계면활성제와 규산염 사이의 자체조합(self-organization)을 통하여 준결정상을 형성시킨 후 계면활성제를 제거하면 메조포러스 분자체를 합성할 수 있기 때문에 최근에 이 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 짧은 사슬의 계면활성제를 사용하여 지금까지 보고된 메조포러스 분자체보다 기공이 더 작은 실리카의 합성과 특성 규명에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 계면활성제 분자하나에 두 개의 짧은 탄소사슬과 암모늄 질소 머리를 두개씩 포함하는 N,N-dialkyl-N,N,N,'N' -tetramethylpropane-1,3-diammonium dibromide($C_{n-3-n}$, n=6∼10) 제미니(gemini) 계면활성제와 하나의 암모늄 질소 머리에 두 개의 알킬기가 붙어있는 dialkyl-dimethylammonium bromide($C_{n-n}$)의 혼합물을 사용함으로써 알킬기의 길이가 짧음에도 불구하고 구조적 규칙성이 있는 분자체를 합성할 수 있었다. $C_{n-3-n}$ 계면활성제와 $C_{n-n}$의 비율을 바꿈에 따라서 무질서한 구조에서 육방구조로 전이함을 확인하였고, 실리카와 계면활성제의 비율을 변화시킬 경우에도 같은 경우를 관찰하였다. 이러한 분자체를 합성하는 최적의 조건은 x $SiO_2$ : 0.25x $Na_2O$ : y $C_{n-3-n}$ : (1-y) $C_{n-n}$: z $H_2O$의 조성으로 합성되었는데, 여기서 x는 2∼6, y는 1∼0.75, z는 700∼1500의 범위에 해당한다. 이렇게 하여 얻어진 마이크로포러스 실리카를 XRD와 세공분포분석을 통하여 분석하였다.
본 연구를 통하여 실리카-계면활성제 집합체를 이용한 마이크로 포러스 분자체의 형성 원리를 파악함으로써 마이크로 포러스 분자체를 합성할 수 있었으며, 형상 선택적인 촉매 반응이나, 나노화학 물질의 받게 물질(host)로 응용될 가능성을 열었을 뿐만 아니라 나노화학분야에 대한 물리화학적 연구에 있어서 새로운 장을 열 수 있으리라 기대된다.
