一种具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料及其制备方法技术

一种具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料的制备方法，首先以聚乙烯醇为稳定剂、十六烷基三甲基溴化铵为结构导向剂、氨水为催化剂、(3

【技术实现步骤摘要】
一种具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]金纳米粒子是一种具有模拟天然酶催化功能的纳米材料，具有可控的催化活性、较高的稳定性和良好的生物相容性，被广泛应用于生物传感、污水处理、杀菌消炎、癌症治疗等领域。研究发现小尺寸金纳米粒子具有良好的催化功能。然而，小尺寸金纳米粒子具有大比表面积，直接引入反应体系容易导致聚集，从而降低催化活性。另一方面，从反应溶液中难以分离和回收金纳米粒子，阻碍了纳米金催化剂的实际应用。虽然封盖剂修饰金纳米粒子能够提高其在溶液中的分散性，但是封盖剂的使用可能会限制金纳米粒子的活性位点的可及性并降低其活性。为了提高裸纳米金的分散性和可重用性，构建载体锚定金纳米粒子是提高金纳米粒子催化活性的另一种策略。
[0003]目前，常用于锚定金纳米颗粒的载体主要有碳、二氧化硅和聚合物等。特别是二氧化硅，具有丰富的硅烷醇(Si
‑
OH)，容易被其他官能团(如NH2、SH)取代，是锚定纳米金的理想载体。其中，介孔二氧化硅是研究者们使用较多的载金载体。然而，介孔二氧化硅不仅需要高温煅烧或高温回流的繁琐步骤来制备，而且其孔呈典型的管状结构，存在堵塞的风险，使负载的金纳米粒子活性位点的可及性较差，从而降低了催化剂的整体催化活性。因此，如何提高二氧化硅的开放性是解决金纳米粒子活性位点可及性差的关键问题。
[0004]现阶段，研究者们一般在单层结构的二氧化硅表面来负载金纳米粒子，从而提高金纳米粒子活性位点的可及性，以此达到提高材料催化活性的目的，但该制备工艺繁琐复杂，而且催化活性的性能提升有限。因此，如何通过简化工艺流程来构建载体锚定金纳米粒子并提升其催化活性，任然是目前研究的重要课题。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提供了一种具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料及其制备方法，该制备方法通过简单的工艺，可制备得到具有高催化活性的载金复合材料。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料，其包括覆盆子状硅微球及负载于所述覆盆子状硅微球表面的金纳米粒子，所述覆盆子状硅微球的表面还带有硫醇基团，所述覆盆子状硅微球具有作为内核的大球以及密布于大球表面的若干小球，所述大球、小球和金纳米粒子自内至外依次形成三层分级结构。
[0007]作为本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0008]S1、将聚乙烯醇和十六烷基三甲基溴化铵加入去离子水搅拌溶解，加入甲醇和氨水溶液并持续搅拌，再加入(3
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巯基丙基)三甲氧基硅烷，搅拌反应，经离心、洗涤真空干燥
得到硫醇化的覆盆子状硅微球；
[0009]S2、将得到的覆盆子状硅微球作为载体材料超声分散在水中，加入四氯金酸溶液和硼氢化钠溶液搅拌反应，反应结束后，离心、洗涤、真空干燥，得到具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料。
[0010]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤S1中各组分的用量为：聚乙烯醇0.25g、十六烷基三甲基溴化铵0.20g、去离子水5mL、甲醇8mL、浓度为5.6wt％的氨水溶液2mL、(3
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巯基丙基)三甲氧基硅烷25～50μL。
[0011]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤S1中，聚乙烯醇的分子量不大于10000，且聚乙烯醇与(3
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巯基丙基)三甲氧基硅烷的质量比为6.76:1。
[0012]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤S2中加入的四氯金酸和硼氢化钠溶液均在其使用前15min内配制。
[0013]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤S2中加入四氯金酸溶液和硼氢化钠溶液搅拌反应具体包括：先加入四氯金酸溶液快速搅拌0.5～1h，再加入硼氢化钠溶液继续搅拌0.5～1h。
[0014]本专利技术的具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料及其制备方法，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
[0015]1)本专利技术以聚乙烯醇为稳定剂、十六烷基三甲基溴化铵为结构导向剂、氨水为催化剂、(3
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巯基丙基)三甲氧基硅烷为硅前体，一锅法制备了硫醇化覆盆子状硅微球，反应条件温和，工艺简单，重复性好，具有良好的应用前景；
[0016]2)本专利技术获得的金负载硅微球具有开放的三层分级结构，利于金纳米粒子活性位点与溶液中的反应物和底物接触，进一步提高了材料的催化活性。
[0017]3)本专利技术提供的金负载硅微球属于亚微级尺寸，具有较好的分散性，且通过离心可以循环使用，从而发展了一种高效、稳定和可循环使用的催化剂。
[0018]4)本专利技术的制备方法，其具有简单、反应温和、重复性好和可进行大规模制备等优点。
附图说明
[0019]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0020]图1分别为实例一、实例二与实例三合成产物的场发射扫描电镜图，分别对应图中(a)、(b)与(c)；
[0021]图2为实例一合成产物硫醇化覆盆子状硅微球的X射线粉末光电子能谱；
[0022]图3为实例四合成的具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料的透射电镜图；
[0023]图4为覆盆子状的完整度对复合材料催化活性的影响研究；
[0024]图5为载金量对具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料催化活性的影响研究；
[0025]图6为具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料的可重复性实验研究。
[0026]本专利技术目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0028]除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本专利技术创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0029]本专利技术提供一种具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料，包括覆盆子状硅微球及负载于所述覆盆子状硅微球表面的金纳米粒子，所述覆盆子状硅微球的表面还带有硫醇基团，所述覆盆子状硅微球具有作为内核的大球以及密布于大球表面的若干小球，所述大球、小球和金纳米粒子自内至外依次形成三层分级结构，其具体结构参阅图1和图3所示。
[0030]其中，覆盆子状硅微球可通过一锅法制备而成，二氧化硅微球表面自带的硫醇基团可通过原位还原种子生长法得到。
[0031]优选地，所述覆盆子状硅微球的尺寸为0.3～0.8μm，优选为0.55μm，属于亚微级尺寸。
[0032]为了让本领域的技术人员更好的理解并实现本专利技术的技术方案，以下将通过具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料，其特征在于，包括覆盆子状硅微球及负载于所述覆盆子状硅微球表面的金纳米粒子，所述覆盆子状硅微球的表面还带有硫醇基团，所述覆盆子状硅微球具有作为内核的大球以及密布于大球表面的若干小球，所述大球、小球和金纳米粒子自内至外依次形成三层分级结构。2.一种权利要求1所述的具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚乙烯醇和十六烷基三甲基溴化铵加入去离子水搅拌溶解，加入甲醇和氨水溶液并持续搅拌，再加入(3
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巯基丙基)三甲氧基硅烷，搅拌反应，经离心、洗涤真空干燥得到硫醇化的覆盆子状硅微球；S2、将得到的覆盆子状硅微球作为载体材料超声分散在水中，加入四氯金酸溶液和硼氢化钠溶液搅拌反应，反应结束后，离心、洗涤、真空干燥，得到具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料。3.根据权利要求2所述的具有三层分级结构的金负载硅微球复合材料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘霞，王健，叶博，崔树勋，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：