一种合成具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片的方法技术

本发明专利技术是一种合成具有三维连续纳米孔道结构的氧化硅薄片的方法。现有的氧化硅类薄片材料主要包括层状硅酸盐和层状中孔氧化硅，但是由于这些材料的层板一般都是封闭的，客体分子只能通过层板间隙扩散进入材料内部。本发明专利技术方法利用硅酯作为硅源，长链烷基伯胺作为模板剂，在醇／水混和溶剂中常温条件下合成了具有三维连续纳米孔道结构的氧化硅薄片。同时通过调节反应物的配比，可以在纳米级到亚微米级范围内控制薄片的厚度。该制备方法操作简便，成本低廉，由于氧化硅薄片的表面有丰富的孔口，非常有利于客体分子的扩散，可以用作吸附剂或催化剂载体。

【技术实现步骤摘要】
一种合成具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片的方法
本专利技术是一种合成具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片的方法。
技术介绍
纳米孔氧化硅材料由于其丰富的孔道结构和巨大的比表面积，在催化和吸附领域具有很大的应用前景。近年来，人们越来越认识到，除了纳米孔氧化硅本身的孔径和孔道结构，它的微观形貌也在很大程度上影响了它的实际性能。其中一个很重要的方面就是将产品的尺寸控制在亚微米级或纳米级。纳米孔氧化硅的纳米粒子和纳米纤维相继通过各种方法被合成。但是由于这些材料的尺寸太小，在合成和应用过程中的操作都很不方便。相比之下，二维纳米孔材料就有明显的优势。它具有纳米粒子和纳米纤维的优点，即扩散途径短和较大的外比表面积，而它的操作要比纳米粒子和纳米纤维方便得多。目前现有的二维薄片氧化硅孔材料主要包括传统的层状硅酸盐和中孔层状氧化硅。但是这些材料的层板上一般都没有孔结构，客体分子只能从层板间隙扩散进入材料内部，并且有些材料在焙烧后结构会发生坍塌，从而限制了这些材料在催化和吸附上的应用。自从1992年有序中孔氧化硅首次被合成以来，各类表面活性剂相继被应用于合成中孔氧化硅。1995年，Pinnavaia等人首次采用长链烷基伯胺作为模板剂，以正硅酸乙酯为硅源，合成了具有三维连续孔道结构的中孔氧化硅。并且该产品在作为催化剂载体应用时，性能要明显优于传统的MCM-41中孔氧化硅。但是由于长链烷基伯胺的表面活性能力较弱，并且难溶于水，产品的形貌控制方面的工作一直不太理想。所以如果能保留其三维连续孔道结构，同时又将其制备成二维薄片材料的话，在催化和吸附上都将有良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是获得一种方法简捷易控、产品形貌良好、结构性能稳定、厚度可调的具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片的方法。本专利技术所涉及的合成具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片的方法如下：1.将一定量的长链烷基伯胺溶于醇，然后加入一定量的水和浓氨水，搅拌使析出的长链烷基伯胺重新溶解；2.称取一定量的硅酯，加入剧烈搅拌的长链烷基伯胺的醇/水溶液，继续搅拌至硅酯均匀分散后停止，在一定温度下放置一定时间；-->3.将产品抽滤、洗涤、干燥和高温焙烧后即得成品。上述1中所说长链烷基伯胺如十六胺、十八胺等具有长链烷基结构的伯胺，醇如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等能与水无限互溶的醇或这些醇的混合物。长链烷基伯胺的用量为每升溶剂1.5～5.5克，醇和水的体积比为0.9～1.4，浓氨水为市售35-38wt％的氨水，其用量为每升溶剂10～40克。2中所说的硅酯如正硅酸乙酯、正硅酸甲酯等能水解成为氧化硅的酯类物质。硅酯的用量是每升溶剂5～30克。合成温度是常温，合成时间是4-24小时。3中所说的焙烧温度可以是500～650℃，焙烧时间可以是2～10小时。本专利技术更好的条件是：长链烷基伯胺是十六胺或十八胺。所用醇是甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的任一种或是它们的混合醇。硅酯是正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。长链烷基伯胺的用量为每升溶剂3.0～5.0克，醇和水的体积比为1.0～1.2，氨水的用量为每升溶剂20～30克。硅酯的用量是每升溶剂15～25克。合成温度是10～35℃，合成时间是12～24小时。焙烧温度是550～600℃，焙烧时间是4～6小时。上述条件既提高了制备效率，又保证了产品质量。本专利技术方法获得的氧化硅薄片厚度可通过控制长链烷基伯胺和硅酯的加入量进行调节，一般可在5-500nm范围。本专利技术方法获得的氧化硅薄片在吸附剂或催化剂载体领域有广泛用途。本专利技术可以制备的具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片具有丰富的纳米孔结构，并且材料有一维在纳米级或亚微米级，相对传统形貌产品具有大的外比表面积和较短的扩散途径，可以在催化反应中提高反应物和产物的扩散速度。氧化硅薄片的厚度可以通过加入硅酯和长链烷基伯胺的量进行调节。本专利技术方法简捷易控，适合产业化需求，产品结构稳定、性能良好，在吸附、催化领域有良好应用前景。附图说明图1是产品A1的扫描电镜图(标尺为5微米)。图2是产品A1的透射电镜图(标尺为1微米，插入图的标尺为20纳米)。图3是产品A1的氮吸附曲线图。具体实施方式下面的实例是对本专利技术所提供的合成具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片所做的进-->一步说明。实例1称取0.6克十六胺溶于60毫升乙醇，加入60毫升水和2.0克浓氨水，搅拌至十六胺完全溶解。剧烈搅拌下，加入2.4克正硅酸乙酯，继续搅拌至正硅酸乙酯均匀分散。停止搅拌后，在室温放置12小时，抽滤，用乙醇洗涤，90℃干燥过夜。最后在600℃空气气氛下焙烧4小时除去模板剂。产品记为A1。实例2～6按实例1所述的方法合成，但正硅酸乙酯的加入量改变为0.6、1.2、1.8、3.0和3.6克，其它反应物的配比和反应条件均不改变。制得的产品记为A2、A3、A4、A5和A6。实例7～10按实例1所述的方法合成，但十六胺的加入量改变为0.2、0.3、0.4和0.5克，其它反应物的配比和反应条件均不改变。制得的产品记为A7、A8、A9和A10。扫描电镜和透射电镜照片分别在Philips XL30扫描电子显微镜和JEOL-2010透射电子显微镜上拍摄，加速电压分别为20kV和200kV。氮吸附曲线在ASAP-2000型物理吸附仪上测定。上述实例得到的氧化硅薄片产品的平均厚度如下：    编号    A1    A2    A3    A4    A5    厚度    (纳米)    200    100    120    150    320    编号    A6    A7    A8    A9    A10    厚度    (纳米)    400    330    300    250    210本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片的方法，其特征在于通过硅酯在长链烷基伯胺的醇／水溶液中的水解反应生成氧化硅，然后高温焙烧除去模板剂，具体条件是：（１）长链烷基伯胺的用量为每升溶剂１．５～５．５克，醇和水的体积比为０．９～１ ．４，氨水的用量为每升溶剂１０～４０克，硅酯的用量是每升溶剂５～３０克；（２）水解合成温度是常温，合成时间是４－２４小时；（３）高温焙烧温度是５００～６５０℃，焙烧时间是２～１０小时。

【技术特征摘要】
1、一种合成具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片的方法，其特征在于通过硅酯在长链烷基伯胺的醇/水溶液中的水解反应生成氧化硅，然后高温焙烧除去模板剂，具体条件是：(1)长链烷基伯胺的用量为每升溶剂1.5～5.5克，醇和水的体积比为0.9～1.4，氨水的用量为每升溶剂10～40克，硅酯的用量是每升溶剂5～30克；(2)水解合成温度是常温，合成时间是4-24小时；(3)高温焙烧温度是500～650℃，焙烧时间是2～10小时。2、根据权利要求1所述的合成具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片的方法，其特征在于长链烷基伯胺是十六胺或十八胺有长链烷基结构的伯胺。3、根据权利要求1所述的合成具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片的方法，其特征在于醇是甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的任一种或是它们的混合醇。4、根据权利要求1所述的合成具有三维连续纳米孔道结构氧化硅薄片的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：山巍，王波，唐颐，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]