一种核壳结构SiO制造技术

本发明专利技术涉及一种核壳结构SiO

A core-shell structure SiO

The invention relates to a core-shell structure SiO

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构SiO2/SiC材料及其制备方法与用途
本专利技术属于复合材料制备
，具体涉及一种核壳结构SiO2/SiC材料及其制备方法与用途。
技术介绍
碳化硅作为第三代半导体材料，具有理想的带隙、高的物理化学稳定性、耐酸碱、无毒、电子漂移饱和速度高等优点，且碳化硅纳米材料因其能带受纳米直径的约束而改变，显示出特殊的光学及电学特性，在光催化还原二氧化碳、分解水和降解污染物等领域有广泛的应用前景。特别，在光催化反应过程中，为了弥补碳化硅的光生电子空穴对易复合，可见光响应度低等缺点，同时提高在可见光下的催化效率，国内外学者通过对碳化硅与非金属氧化物、金属氧化物或金属复合的方式对碳化硅进行修饰。其中，核壳复合材料是一类重要的先进材料，由于具有独特的核/空隙/壳的结构与性质，使其在在超疏水表面、涂层材料、太阳能电池、纳米反应器和催化剂等领域具有潜在的应用价值。目前，以SiC为核，非金属氧化物为壳的核壳复合材料已被广泛研究，如SiC/SiO2核壳结构纳米线(ZhouW,YanL,WangY,etal.SiCnanowires:Aphotocatalyticnanomaterial[J].AppliedPhysicsLetters,2006,89(1):37.)以及SiC芯和SiO2壳层的同轴纳米材料(LiuW,ChenJ,YangT,etal.EnhancingphotoluminescencepropertiesofSiC/SiO2coaxialnanocablesbymakingoxygenvacancies[J].DaltonTransactions,2016,45(34):13503.)，但是还未发现有研究SiC作为外壳包覆SiO2的核壳结构材料的制备方法及工艺。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是：提供了一种核壳结构SiO2/SiC材料及其制备方法与用途，所述SiO2/SiC以SiO2颗粒为核，以SiC为壳，具有很大的潜在应用前景。根据本专利技术提供的制备方法可制备得到核壳结构SiO2/SiC材料，且制备工艺简单、设备要求低、成本低，易于工业化生产。本专利技术提供了一种核壳结构SiO2/SiC材料，包括SiO2核以及包裹于所述SiO2核外表面的SiC壳层。SiO2/SiC以SiO2颗粒为核以SiC为壳，具有独特的核壳结构，具有很大的潜在应用前景。进一步，所述SiO2核的粒径为50nm-2μm。由此，一系列不同SiO2内核粒径的核壳结构SiO2/SiC材料可满足不同的应用需求。本专利技术还提供了一种核壳结构SiO2/SiC材料的制备方法，包括如下步骤：1)以二氧化硅颗粒为硅源，以有机聚合物粘结剂为碳源制备得到二氧化硅和有机聚合物粘结剂的混合分散液；2)对所述混合分散液进行加热处理得到二氧化硅/有机聚合物粘结剂前驱体；3)将所述前驱体干燥处理后进行碳化处理得到表面包覆有碳的二氧化硅颗粒；4)将所述包覆有碳的二氧化硅颗粒在1200-1400℃的真空条件下煅烧2-5h，得到初产物；5)将所述初产物煅烧除碳处理得到核壳结构SiO2/SiC。在煅烧的过程中，SiO2与附着于其表面的碳颗粒反应(式1)，生成的SiO气体与CO气体，还未来得及扩散的SiO气体与附着于SiO2表面的碳颗粒发生原位反应(式2)，还未来得及扩散的气体还可与附着于SiO2表面的SiO2发生反应(式3)产生SiO气体(g)，用作反应式(2)的原料，充分反应后，SiO2表面生成一层SiC薄层。该制备过程中涉及到的主要化学反应为：C(s)+SiO2＝SiO(g)+CO(g)(1)C(s)+SiO(g)＝SiC(s)+CO(g)(2)CO(g)+SiO2＝SiO(g)+CO2(g)(3)采用上述方案的有益效果是：(1)使用有机粘结剂作为碳源，由于有机粘结剂具有粘性，可将SiO2粘接包覆起来并与SiO2充分混合接触，碳化处理后二氧化硅和碳混合物中碳包覆于二氧化硅颗粒表面且二氧化硅与碳之间粘结紧密，并最终反应生成具有的牢固的核壳结构的SiO2/SiC材料。(2)本专利技术的技术方案以有机粘结剂为碳源，以二氧化硅颗粒为硅源，原位合成了SiC并最终形成了核壳结构SiO2/SiC，在实际应用中，通过控制SiO2颗粒尺寸大小以及碳硅比可合成不同SiO2内核粒径、不同SiC壳层厚度的核壳结构的SiO2/SiC。(3)原料廉价易得，制备工艺简单易行，有利于工业化生产。在上述方案的基础上，本专利技术还可进行如下改进：进一步，步骤1)中的二氧化硅颗粒为非晶态二氧化硅，所述二氧化硅颗粒的粒度为50nm-2μm。非晶态二氧化硅活性高，加热软化，具有一定粘度，与所述碳源结合紧密，便于后续充分反应并生成牢固的核壳结构。进一步，步骤1)的混合分散液中分散溶剂为乙醇和水，所述有机聚合物粘结剂选自PVP,PAM或PVA的任意一种或几种，所述混合分散液中碳原子和硅原子的摩尔比为(3-5):1。有机粘合剂PVP,PAM或PVA起到分散和粘结的作用，在加热处理后可与二氧化硅颗粒紧密粘结。具体的，将二氧化硅用无水乙醇进行分散，将有机粘合剂(PVP,PAM或PVA)溶解于蒸馏水中得到有机粘合剂的水溶液，二者混合后，再经超声分散得到均匀的混合分散液。优选的，所述二氧化硅的粒径为50nm-2μm，所述有机粘合剂为PVP-K30。在该条件下，二氧化硅分散性好，PVP-K30与二氧化硅颗粒粘结紧密，便于后续反应生成牢固的核壳结构。进一步，步骤2)中将所述混合分散液在80-100℃条件下加热搅拌0.5-2h,得到二氧化硅/有机聚合物粘结剂前驱体。由此，有机粘合剂具有粘性，混合分散液中二氧化硅加热软化后也具有较好的粘性，经过一段加热处理后，有机粘合剂可充分粘结于二氧化硅颗粒表面。进一步，步骤3)中所述前驱体在80-110℃条件下干燥处理，在400-600℃的氮气气氛下碳化处理0.5-3h。由此，干燥处理除去多余水分，样品在450℃的时候开始碳化，0.5-3h内可将有机聚合物粘结剂碳化完全。优选的，将所述包覆有碳的二氧化硅颗粒在1350℃的真空条件下煅烧3h，得到煅烧产物。该条件下，煅烧产物结晶度较好，粒度均匀，氧化硅表面的SiC层致密且牢固。进一步，步骤5)中将所述初产物在600-700℃下煅烧2-5h除去未反应完的碳，得到核壳结构SiO2/SiC。由此，未反应完全的碳与空气中的氧气发生反应生成CO2气体除去，从而得到高纯度的核壳结构SiO2/SiC。本专利技术还提供了一种核壳结构SiO2/SiC材料，按照如上所述的核壳结构SiO2/SiC材料的制备方法制备得到。本专利技术还提供了如上所述的核壳结构SiO2/SiC材料的用途，将所述核壳结构SiO2/SiC用作吸波隐身材料或光催化剂。核壳结构的SiO2/SiC作为光催化剂，其内核为非导体材料二氧化硅，在光催化反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核壳结构SiO

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构SiO2/SiC材料，其特征在于，包括SiO2核以及包裹于所述SiO2核外表面的SiC壳层。


2.根据权利要求1所述的核壳结构SiO2/SiC材料，其特征在于，所述SiO2核的粒径为50nm-2μm。


3.一种核壳结构SiO2/SiC材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)以二氧化硅颗粒为硅源，以有机聚合物粘结剂为碳源制备得到二氧化硅和有机聚合物粘结剂的混合分散液；
2)对所述混合分散液进行加热处理得到二氧化硅/有机聚合物粘结剂前驱体；
3)将所述前驱体干燥处理后进行碳化处理得到表面包覆有碳的二氧化硅颗粒；
4)将所述包覆有碳的二氧化硅颗粒在1200-1400℃、真空条件下煅烧2-5h，得到初产物；
5)将所述初产物煅烧除碳处理得到核壳结构SiO2/SiC。


4.根据权利要求1所述的核壳结构SiO2/SiC材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中的二氧化硅颗粒为非晶态二氧化硅，所述二氧化硅颗粒的粒度为50nm-2μm。


5.根据权利要求1所述的核壳结构SiO2/SiC材料的制备方法，其特征在于，步骤1)的混合分散液中分散溶剂为乙醇和水，所述有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宏，王丹，汪晗，薛俊，郑雨佳，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42