一种无模板的氧化硅纳米线/纳米管及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米材料技术领域，具体为一种无模板的氧化硅纳米线/纳米管及其制备方法和应用。本发明专利技术在醇溶液中，采用溶胶-凝胶法合成长径比超过100的氧化硅纳米线和纳米管：将PVP与醇混合；加入去离子水、柠檬酸钠溶液、氨水、硅源和长链硅烷，振荡摇匀；将得到的混合物反应1-72小时；将得到的反应产物分离，用乙醇或水洗涤，得到氧化硅纳米线或氧化硅纳米管。本发明专利技术工艺简单、操作安全、易于工业化放大生产。纳米线/纳米管的比表面积高，具有较好的吸附分离和运输大分子的能力，是理想的表面改性材料。

【技术实现步骤摘要】
一种无模板的氧化硅纳米线/纳米管及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种氧化硅纳米线/纳米管及其制备方法和应用。
技术介绍
氧化硅纳米材料因为具有较高的比表面积、容易改性的表面化学性质、生物可降解性以及生物相容性，在过去的几十年中一直是材料领域关注的焦点[1-3]。同时，一维纳米材料因为其独特的与形状和大小相关的特性，在光、电子、生物材料等领域得到大量应用[4-6]。目前为止，合成一维氧化硅纳米材料的主要方法为模板法、电纺丝[7,8]以及油水界面法[9]等。模板法常用的模板为阳极氧化铝模板[10]，通过在模板的孔洞中填充多种造孔剂能够制备具有不同孔结构的纳米纤维；另外，高分子如聚乙烯亚胺[11]、枝状聚合物[12]，无机化合物如针状纤铁矿[13]被用作模板合成氧化硅纳米线或棒。使用模板法合成的氧化硅纳米线长径比较低，另外需要用到模板增加了合成的复杂性及经济成本。电纺丝以及油水界面法制备纳米纤维相对较粗，同时分散性较差。参考文献1.He,Q.J.andJ.L.Shi,Mesoporoussilicananoparticlebasednanodrugdeliverysystems:synthesis,controlleddrugreleaseanddelivery,pharmacokineticsandbiocompatibility.JournalofMaterialsChemistry,2011.21(16):p.5845-5855.2.Wu,S.H.,C.Y.Mou,andH.P.Lin,Synthesisofmesoporoussilicananoparticles.ChemicalSocietyReviews,2013.42(9):p.3862-3875.3.Bitar,A.,etal.,Silica-basednanoparticlesforbiomedicalapplications.DrugDiscoveryToday,2012.17(19-20):p.1147-1154.4.Devan,R.S.,etal.,One-DimensionalMetal-OxideNanostructures:RecentDevelopmentsinSynthesis,Characterization,andApplications.AdvancedFunctionalMaterials,2012.22(16):p.3326-3370.5.Chen,H.J.,etal.,Goldnanorodsandtheirplasmonicproperties.ChemicalSocietyReviews,2013.42(7):p.2679-2724.6.Wang,T.,etal.,Self-AssembledColloidalSuperparticlesfromNanorods.Science,2012.338(6105):p.358-363.7.Wang,H.Y.,etal.,Fabricationofcontinuoushighlyorderedmesoporoussilicananofibrewithcore/sheathstructureanditsapplicationascatalystcarrier.Nanoscale,2011.3(9):p.3601-3604.8.Madhugiri,S.,etal.,Electrospunmesoporousmolecularsievefibers.MicroporousandMesoporousMaterials,2003.63(1-3):p.75-84.9.Schacht,S.,etal.,Oil-waterinterfacetemplatingofmesoporousmacroscalestructures.Science,1996.273(5276):p.768-771.10.Platschek,B.,A.Keilbach,andT.Bein,MesoporousStructuresConfinedinAnodicAluminaMembranes.AdvancedMaterials,2011.23(21):p.2395-2412.11.Yuan,J.J.,etal.,Synthesisofnanofiber-basedsilicanetworksmediatedbyorganizedpoly(ethyleneimine):Structure,properties,andmechanism.AdvancedFunctionalMaterials,2006.16(17):p.2205-2212.12.Mullner,M.,etal.,Template-DirectedSynthesisofSilicaNanowiresandNanotubesfromCylindricalCore-ShellPolymerBrushes.ChemistryofMaterials,2012.24(10):p.1802-1810.13.Hijnen,N.andP.S.Clegg,SimpleSynthesisofVersatileAkaganeite-SilicaCore-ShellRods.ChemistryofMaterials,2012.24(17):p.3449-3457。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、操作安全、成本低的无模板的氧化硅纳米线/纳米管及其制备方法和应用。本专利技术所提供的无模板的氧化硅纳米线和纳米管制备方法，包括下列步骤：（1）将聚丙烯吡咯酮与醇混合；加入去离子水、柠檬酸钠溶液和氨水，振荡摇匀；再加入硅源和长链硅烷，振荡摇匀；其中，所述的聚丙烯吡咯酮的分子量为1000~2000000；所述的醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇和己醇中的一种，或其中的两种；所述的聚丙烯吡咯酮与醇的质量比为1:20~1:1；所述的去离子水与醇的体积比为1:（10~1000）；所述的柠檬酸钠溶液与醇的体积比为1:（10~1000）；所述的氨水与醇的体积比为1:（2~1000）；所述的硅源与醇的体积比为1:（5~1000）；所述的长链硅烷与醇的体积比为1:（10~20000）；（2）将步骤（1）得到的混合物反应1~72小时；（3）将步骤（2）得到的反应产物分离，用无水乙醇或水洗涤，得到氧化硅纳米线或氧化硅纳米管。本专利技术中，所述柠檬酸钠溶液的摩尔浓度为0.01~0.5M。本专利技术中，所述氨水的pH为7~14。本专利技术中，所述硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯、正硅酸戊酯和正硅酸己酯中的一种，或其中的多种。本专利技术中，所述长链硅烷为烷基三甲氧基硅烷或烷基三乙氧基硅烷，其中烷基指代3~18个碳的长链烷基。本专利技术中，将步骤（3）制备的纳米线再分散在乙醇中制备成浓度为0.001~0.02g/mL的溶液；使用抽滤的方法可以使纳米线自组装成纳米线膜，通过改变砂芯抽滤漏斗的直径和纳米线胶体溶液的使用量，可以调控纳米线膜的直径和厚度。本专利技术中，将步骤（3）制备的纳米线再分散在乙醇中制备成浓度为0.005~0.04g/mL的溶液，使用浸涂法可以在固体材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无模板的氧化硅纳米线/纳米管的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）将聚丙烯吡咯酮与醇混合；加入去离子水、柠檬酸钠溶液和氨水，振荡摇匀；再加入硅源和长链硅烷，振荡摇匀；其中，所述的聚丙烯吡咯酮的分子量为1000~2000000；所述的醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇和己醇中的一种，或其中的两种；所述的聚丙烯吡咯酮与醇的质量比为1:20~1:1；所述的去离子水与醇的体积比为1:（10~1000）；所述的柠檬酸钠溶液与醇的体积比为1:（10~1000）；所述的氨水与醇的体积比为1:（2~1000）；所述的硅源与醇的体积比为1:（5~1000）；所述的长链硅烷与醇的体积比为1:（10~20000）；（2）将步骤（1）得到的混合物反应1~72小时；（3）将步骤（2）得到的反应产物分离，用无水乙醇或水洗涤，得到氧化硅纳米线或氧化硅纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种无模板的氧化硅纳米线的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）将聚丙烯吡咯酮与醇混合；加入去离子水、柠檬酸钠溶液和氨水，振荡摇匀；再加入硅源和长链硅烷，振荡摇匀；其中，所述的聚丙烯吡咯酮的分子量为1000~2000000；所述的醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇和己醇中的一种，或其中的两种；所述的聚丙烯吡咯酮与醇的质量比为1:20~1:1；所述的去离子水与醇的体积比为1:（10~1000）；所述的柠檬酸钠溶液与醇的体积比为1:（10~1000）；所述的氨水与醇的体积比为1:（2~1000）；所述的硅源与醇的体积比为1:（5~1000）；所述的长链硅烷与醇的体积比为1:（10~20000）；（2）将步骤（1）得到的混合物反应1~72小时；（3）将步骤（2）得到的反应产物分离，用无水乙醇或水洗涤，得到氧化硅纳米线。2.如权利要求1所述的氧化硅纳米线的制备方法，其特征在于所述柠檬酸钠溶液的摩尔浓度为0.01~0.5M。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚军，易德亮，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31