[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

有序介孔纳米结构，已经成为近几年介孔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.；Valéry，C.；Marchi-Artzner，V.；Weiss，T.；Renault，A.；Paternoster，M.；Artzner，F.Nature Mater.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，G.Nature Mater.2005，4，277～288.)。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.Adv.Mater.2006，18，3284～3288.)。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。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备方法工艺简单、成本低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的制备方法。

本发明通过在碱性条件下，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。本发明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，本发明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。

本发明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的制备方法，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1)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97％，四乙氧基硅烷的纯度不小于99.9％，所用的蒸馏水为电导率15～18.2MΩ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。