一种仿生二氧化硅纳米管的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种以细菌纤维素作为有机模板进行二氧化硅纳米管仿生制备的方法。所述制备方法主要包括模板与硅源的结合，反应条件的调制，复合材料的制备，纳米管的获得等步骤。本发明专利技术主要是通过仿生矿化的方法制备出纳米二氧化硅管，操作简单，反应条件温和，是一种绿色的制备方法，得到的纳米管具有较大的长径比，结构规整。与传统的纳米管产物相比，本发明专利技术所得的二氧化硅纳米管还可以具有较为稳定的宏观外形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料制备
，具体涉及一种二氧化硅纳米管的仿生制备方法。该方法是由硅源在细菌纤维素凝胶介质中聚集组装，形成有机无机杂化材料，以此材料为基础制备二氧化硅纳米管。
技术介绍
纳米材料是指在三维空间中，至少有一维处于纳米尺度范围，或是由这些纳米尺度的基本结构单元组成的材料。因为材料的基本组成单元处于纳米级别，因此，同普通的体材料相比，纳米材料表现出较为特殊的物理化学性质，在电子学、光催化、催化、激光、电催化电致发光、光致发光、磁性记录、光电转换、超导、分子识别与传感、电池复合材料等领域具有广阔的应用前景。制备纳米材料的方法主要可分为物理方法和化学方法。物理方法采用光、电技术使材料在真空或惰性气氛环境下蒸发，然后使原子或分子结合形成纳米颗粒，但此法通常需要很高要求的制备条件，且所用仪器贵重并消耗大量能源，因此并不是好的选择。化学方法大体可分为气相法、液相法和固相法等三大类，每一类方法都有许多不同的制备手段。20世纪80年代，美国科罗拉多州立大学化学系Martin教授领导的研究组最先采用模板法合成了纳米结构材料。自此，模板法合成纳米材料引起了人们的广泛兴趣，并得到了长足的发展。所谓模板法，就是采用物理或化学方法，将纳米结构材料的前躯体沉积到模板(Template)的孔中或是表面，然后移去模板，得到具有模板形貌结构和规范尺寸的纳米材料的过程。模板法同溶胶-凝胶法、气相化学法、水热合成法等相比具有诸多优点，主要表现在:(1)多数模板不仅可以方便地合成，而且其性质结构可在一定范围内精确调控；(2)模板的合成方法相对简单，并且可以批量生产；(3)模板法合成可以在解决纳米材料的尺寸与形状控制的同时，解决纳米材料分散稳定性的问题；(4)模板法尤其适合于一维纳米材料，如纳米管(nanotubes,NT)、纳米线(nanowires,NW)以及纳米带(nanobelts)的合成。因此，模板法合成纳米材料是公认的合成纳米材料及纳米阵列(nanoarrays)的最理想方法。仿生(B1mimetics)通常指模仿或利用生物体结构、生化功能和生化过程的技术。把这种技术运用到材料设计制造中，以便获得接近或超过生物材料优异性能的新材料，或用天然生物合成的方法获得所需材料，如制备具有蜘蛛牵引丝强度的纤维、具有海洋贝类韧性的陶瓷或贝类结构的复合材料等。模仿生物矿化中无机物在有机物调制下形成过程的无机材料合成，称为仿生合成(B1mimetic synthesis),也称为有机模板法(Organictemplate approach)或模板合成(Template synthesis)。
技术实现思路
本专利技术提出了一种制备无机纳米管的仿生制备方法。主要涉及二氧化硅纳米管的制备方法。本专利技术的二氧化硅纳米管的制备方法按以下步骤进行:(I)将细菌纤维素置于无水乙醇中24h，将水凝胶置换成乙醇凝胶；(2)将细菌纤维素取出，置于去离子水与无水乙醇的混合溶液中，去离子水含量为0-40% ；(3)在上述溶液中继续加入硅源，硅源的质量浓度为整个溶液体系的0.5-10%，室温静置12-48h，硅源包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯及正硅酸丁酯；(4)将吸附硅源的细菌纤维素凝胶取出，进行冷冻干燥，干燥温度为-50°C，干燥时间为24-48h ；(5)将干燥后的有机无机杂化材料放入马弗炉中600°C烧3个小时，得到二氧化硅纳米管。(6)将步骤3所得细菌纤维素凝胶取出，置于浓度为0.1-5%的催化剂溶液中12-48h，在重复步骤4和5，同样得到二氧化硅纳米管。所用催化剂可以为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、乙醇胺等碱性分子；盐酸、硝酸、磷酸、醋酸、草酸等酸性分子以及二者结合成的各类盐。本专利技术利用仿生矿化方法制备出的纳米二氧化硅管，操作简单，反应条件温和，绿色无污染，得到的纳米二氧化硅管结构均匀，可制备具有一定稳定外形的纳米管材料。【附图说明】图1是本专利技术实施实例2所得二氧化硅纳米管扫描电子显微镜照片图2是本专利技术实施实例2所得二氧化硅纳米管透射电子显微镜照片图3是本专利技术实施实例2所得二氧化硅纳米管的照片【具体实施方式】【具体实施方式】一:本实施方式制备纳米二氧化硅管按以下步骤进行:(I)将细菌纤维素置于无水乙醇中24h，将水凝胶置换成乙醇凝胶；(2)将细菌纤维素取出，置于去离子水与无水乙醇的混合溶液中，去离子水含量为20% ；(3)在上述溶液中继续加入正硅酸乙酯，硅源的质量浓度为整个溶液体系的5%，室温静置24h ；(4)将吸附硅源的细菌纤维素凝胶取出，进行冷冻干燥，干燥温度为-50°C，干燥时间为24h ；(5)将干燥后的有机无机杂化材料放入马弗炉中600°C烧3个小时，得到二氧化硅纳米管。【具体实施方式】二:本实施方式制备纳米二氧化硅管按以下步骤进行:(I)将细菌纤维素置于无水乙醇中24h，将水凝胶置换成乙醇凝胶；(2)将细菌纤维素取出，置于去离子水与无水乙醇的混合溶液中，去离子水含量为20% ；(3)在上述溶液中继续加入正硅酸乙酯，硅源的质量浓度为整个溶液体系的5%，室温静置24h ；(4)将步骤3所得细菌纤维素凝胶取出，置于浓度为0.2%的Na2HPO4溶液中12h ；(5)将步骤4所得的细菌纤维素凝胶取出，进行冷冻干燥，干燥温度为_50°C，干燥时间为24h ；(6)将干燥后的有机无机杂化材料放入马弗炉中600°C烧3个小时，得到二氧化硅纳米管。图1给出了本实施例制备的二氧化硅纳米管的扫描电子显微镜(SEM)照片，从中可以看出由本专利技术制备二氧化硅纳米管形貌均一，外形规整；图2给出了本实例制备的二氧化硅纳米管的透射电子显微镜(TEM)照片，从中可以清晰的看出纳米管的微观结构；图3为为本专利技术制备的二氧化硅纳米管照片，可以看出由本专利技术制备二氧化硅纳米管具有较为稳定的宏观形貌，具有一定的强度，这是其它制备手段所不具备的。【具体实施方式】三:本实施方式制备纳米二氧化硅管按以下步骤进行:(I)将细菌纤维素置于无水乙醇中24h，将水凝胶置换成乙醇凝胶；(2)将细菌纤维素取出，置于去离子水与无水乙醇的混合溶液中，去离子水含量为20% ；(3)在上述溶液中继续加入正硅酸乙酯，硅源的质量浓度为整个溶液体系的5%，室温静置36h ；(4)将步骤3所得细菌纤维素凝胶取出，置于浓度为0.3%的CH3C00H溶液中12h ；(5)将步骤4所得的细菌纤维素凝胶取出，进行冷冻干燥，干燥温度为_50°C，干燥时间为24h ；(6)将干燥后的有机无机杂化材料放入马弗炉中600°C烧3个小时，得到二氧化硅纳米管。【具体实施方式】四:本实施方式制备纳米二氧化硅管按以下步骤进行:(I)将细菌纤维素置于无水乙醇中24h，将水凝胶置换成乙醇凝胶；(2)将细菌纤维素取出，置于去离子水与无水乙醇的混合溶液中，去离子水含量为20% ；(3)在上述溶液中继续加入正硅酸甲酯，硅源的质量浓度为整个溶液体系的5%，室温静置12h ；(4)将步骤3所得细菌纤维素凝胶取出，置于浓度为0.3%的NH3 -H2O溶液中12h ；(5)将步骤4所得的细菌纤维素凝胶取出，进行冷冻干燥，干燥温度为_50°C，干燥时间为18h ；(6)将干燥后的有机无机杂化材料放入马弗炉中600°C烧3个小时，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化硅纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将细菌纤维素置于无水乙醇中24h，将水凝胶置换成乙醇凝胶；(2)将细菌纤维素取出，置于去离子水与无水乙醇的混合溶液中，去离子水含量为0‑40％；(3)在上述溶液中继续加入硅源，硅源的质量浓度为整个溶液体系的0.5‑10％，室温静置12‑48h；(4)将吸附硅源的细菌纤维素凝胶取出，进行冷冻干燥；(5)将干燥后的有机无机杂化材料放入马弗炉中600℃烧3个小时，得到二氧化硅纳米管。(6)将步骤3所得细菌纤维素凝胶取出，置于浓度为0.1‑5％的催化剂溶液中12‑48h，在重复步骤4和5，同样得到二氧化硅纳米管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾威，蔡志星，梁安生，熊健，韩丹丹，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津;12