形貌和结构可控的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种形貌和结构可控的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米材料的制备方法。本发明专利技术通过调控两种常见表面活性剂（ＡＯＴ与ＣＴＡＢ）的质量比，以四乙氧基硅烷作为硅源，在碱性条件下水解，经过自组装（ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ）过程，分别得到含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米圆球、椭圆体球、螺旋体线和多壳层囊泡。本发明专利技术的方法制备工艺简单，成本低，反应条件温和，制备的材料结构和形貌可控。本发明专利技术制备的二氧化硅纳米材料具有丰富的介孔孔道，较大的比表面积和孔容量，具有良好的结构稳定性，可以作为催化剂或吸附剂的载体，药物载体和可控释放，纳米反应器及作为分离材料等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料制备
，特别涉及一种。
技术介绍
有序介孔纳米结构，已经成为近几年介扎材料研究的重点之一。含有介孔孔道的二氧化硅纳米球由于其较高的比表面积和丰富的有序孔道结构，可广泛应用于生物分子吸附、纳米反应器、控制释放、催化剂或催化剂载体、物质传输以及可能的工业应用等(Pouget， E.; Dujardin， E.; Cavalier, A.; Moreac,A.; Val6ry， C.; Marchi-Artzner, V.; Weiss， T.; Renault, A.; Paternoster, M.; Artzner,F.A/ ft/reM3^: 2007, 6,434 439.)。除了这些潜在的应用之外，对于介孔材料的研究，能够帮助我们更好地理解自然界生物矿化作用的基本机理(Sanchez,C.; Arribart, H.; Madeleine, M.; Guille, Ci 7Vam 2005,《277 288.)。因此，相关研究引起了众多科学工作者的关注。介孔二氧化硅纳米结构常见的合成方法有硬模板法、乳液(或微乳液)法、胶束法、逐层组装、水热法、溶胶-凝胶法、回流法和高温固相化学反应法等。利用乳液(或微乳液)滴作模板制备介孔二氧化硅纳米球，不仅可调控空心球的尺寸，而且还可调控球壳的介孔结构。相对硬模板法，其除去模板的过程比较简单，无需加入其它化学试剂。各种高沸点有机溶剂，如油酸、柴油、三甲苯、己烷等已经被用于制备介孔二氧化硅纳米球(Wang, J.; Xiao， Q.; Zhou,H.; Sun, P; Yuan, Z.; Li, B.; Ding, D.; Shi, A.; Chen, T,益M 欣2006, /5,3284 3288.)。上述制备方法除了可以制备出介孔二氧化硅纳米球，介孔二氧化硅纳米管、纳米线、纳米棒等均能很好地制备。但是，利用常见的表面活性剂，通过简单调节表面活性剂之间的质量比，制备出形貌和结构可控的含有介孔孔道的二氧化硅纳米材料尚未见文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备方法工艺简单、成本低的。本专利技术通过在碱性条件下，以四乙氧基硅烷为硅源，通过调节两种表面活性剂的质量比(AOT与CTAB)，经过自组装(self-assembly)过程，分别得到含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米圆球、椭圆体球、螺旋体线和多壳层囊泡。本专利技术的方法制备工艺简单，成本低，反应条件温和，制备的材料结构和形貌可控。经过测试表明，本专利技术制备的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米材料具有比表面积大和单点孔容量，具有丰富的介孔和良好的孔径分布，孔径可控且孔径分布在介孔范围(2 3纳米)，具有良好的结构稳定性。本专利技术的，其反应物质是以以下比例条件进行制备，该方法包括以下步骤1) .室温下，取0.1 0.3克十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于80 110毫升蒸馏水中，搅拌形成均一溶液，搅拌时间大约为10 20分钟；2) .将0.2 0.4毫升浓度为5摩尔/升的氢氧化钠溶液，加入到步骤l)得到的溶液中，快速搅拌形成透明无色溶液，搅拌时间大约为10 20分钟；3) .将0 0.1克琥珀酸二异辛酯磺酸钠(AOT)加入到步骤2)得到的溶液中，升温至75 85摄氏度，快速搅拌形成透明无色溶液，搅拌时间大约为10 20分钟，得到稳定的体系，稳定的体系保持25 35分钟；4) .将1 2毫升四乙氧基硅烷加入到步骤3)得到的溶液中，搅拌反应，搅拌时间1.5 2.5小时；5) .将步骤4)得到的产物过滤，水洗，并在60 80摄氏度的空气中干燥，干燥时间大约为10 24小时；6) .将步骤5)得到的产物在500 600摄氏度的条件下煅烧，煅烧时间为4 6小时，得到形貌和结构可控的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米材料。所述的形貌和结构可控的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米材料是含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米圆球、含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米椭圆体球、含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米螺旋体线或含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米多壳层囊泡。 所述的AOT的纯度不小于97n/。，四乙氧基硅烷的纯度不小于99.9%，所用的蒸馏水为电导率15 18.2MQ的超纯水。当改变AOT与CTAB的质量比，其它条件不变，可得到不同形貌和结构可控的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米结构。当AOT与CTAB的质量比为0时得到含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米圆球，制备得到的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米圆球具有很高的单分散性，该二氧化硅纳米圆球是空心圆球，粒径在30 60纳米；整个二氧化硅纳米空心圆球含有丰富的介孔结构，介孔结构为MCM状，介孔大小为2 3纳米；二氧化硅纳米空心圆球的比表面积为600 650m々g，在相对压力为0.99时测得的单点孔容量高达1.1 1.3 cm3/g。当AOT与CTAB的质量比为0.1 0，15时得到含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米椭圆体球，该含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米椭圆体球的短径为210 250纳米，长径为330 540纳米；该含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米椭圆体球的比表面积为650 680m2/g，在相对压力为0.99时测得的单点孔容量为0.5 0.6 cm3/g。所述的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米椭圆体球的介孔结构为二维六方孔结构，介孔大小为2 3纳米。当AOT与CTAB的质量比为0.18 0.22时得到含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米螺旋体线，该含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米螺旋体线的外径为170 230纳米，长度达到微米级；得到的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米螺旋体线的比表面积为630 650m2/g，在相对压力为0.99时测得的单点孔容量为0.5 0.6 cm3/g。所述的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米螺旋体线的介孔结构为二维六方手性孔结构，介孔大小为2 3纳米。当AOT与CTAB的质量比为0.4 0.5时得到含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米多壳层囊泡，该含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米多壳层囊泡的外径为30 80纳米；得到的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米多壳层囊泡的比表面积为700 750 m2/g，在相对压力为0.99时测得的单点孔容量为1.0 1.6cm3/g。所述的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米多壳层囊泡的介孔结构为无规孔结构，介孔大小为2 3纳米。本专利技术制备得到的形貌和结构可控的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米材料能够作为催化剂或吸附剂的载体；及作为分离材料，药物载体，控制释放载体和纳米反应器等。本专利技术提供的与机理取十六烷基三甲基溴化铵溶于蒸馏水中，加入氢氧化钠搅拌，目的是使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解并形成均一的溶液。然后加入AOT并升温至75 85摄氏度，目的是使AOT在溶液中能够均匀分布，形成稳定的体系。最后加入四乙氧基硅烷，保持反应进行1.5 2.5小时，可以得到结构和形貌可控的二氧化硅纳米结构，将样品过滤、洗涤，在60 80摄氏度条件下干燥10小时以上。最后将样品在500 600摄氏度煅烧4 6小时以去除表面活性剂。本专利技术的制备工艺简单，成本低，本专利技术制得的形貌和结构可控的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米材料具有丰富的介孔孔道，良好的结构稳定性，较高的比表面积，可以作为催本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形貌和结构可控的含有有序介孔孔道的二氧化硅纳米材料的制备方法，其反应物质是以以下比例条件进行制备，其特征是，该方法包括以下步骤：　１）．取０．１～０．３克十六烷基三甲基溴化铵溶于８０～１１０毫升蒸馏水中，搅拌形成均一溶液；　２）．将 ０．２～０．４毫升浓度为５摩尔／升的氢氧化钠溶液，加入到步骤１）得到的溶液中，快速搅拌形成透明无色溶液；　３）．将０～０．２克琥珀酸二异辛酯磺酸钠加入到步骤２）得到的溶液中，升温至７５～８５摄氏度，快速搅拌形成透明无色溶液，得到稳定的体系 ；　４）．将１～２毫升四乙氧基硅烷加入到步骤３）得到的溶液中，搅拌反应；　５）．将步骤４）得到的产物过滤，水洗，并在６０～８０摄氏度的空气中干燥；　６）．将步骤５）得到的产物在５００～６００摄氏度的条件下煅烧，得到形貌和结构可控的含有 有序介孔孔道的二氧化硅纳米材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺军辉，陈洪敏，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]