[发明专利]利用硬模板制备空盒状二氧化硅材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米的二氧化硅材料的方法，尤其涉及一种利用硬模板制备空盒状二氧化硅材料的方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

二氧化硅是一种无毒，无味，无污染的非金属材料，具有导热高，热膨胀系数低及良好的电绝缘性等特性，被广泛的用于制造石英玻璃，光学仪器，耐火材料，催化剂，染料，光导纤维，陶瓷等工业产品，受到了越来越多的关注。

《胶体与界面科学》(JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE 26：62-691968)首次报道了在水和乙醇的混合溶剂中氨水作为催化剂的条件下，正硅酸乙酯水解得到了单分散性很好的粒径在200-800纳米的二氧化硅微球。《德国应用化学》(ANGEWANDTECHEMIE INTERNATIONAL EDITION 44：6560-65632005)报道了以离子液体BmimPF₆为溶剂制备粒径为50-80微米左右的二氧化硅微球。美国《科学》(SCIENCE 282：1111-11141998)杂志报道了以胶体模板制备粒径为720-1000纳米之间的二氧化硅中空球和二氧化硅与聚合物的复合微球。英国《自然》(NATURE378：366-368 1992)首次报道了以液晶相为模板合成介孔二氧化硅材料。《美国化学会志》(JOURNAL OF THE AMERICANCHEMICAL SOCIETY 117：2651-2652 1995)报道了以D，L-酒石酸胺作为模板剂在室温条件下制备具有管状结构的二氧化硅材料。美国《纳米快报》(NANO LETTER 5：259-2622005)报道了一维材料二氧化硅纳米线的合成及其在纳米器件中的应用。

虽然目前世界上各科研小组对二氧化硅材料的制备方法研究得很多，并且已经得到了很多种形貌的二氧化硅材料，例如球形，介孔分子筛，线状，管状，薄膜等，但是经检索还未有空盒状这种形貌的二氧化硅材料的报道，因此，制备这种新的空盒状形貌的二氧化硅材料具有重要的现实意义，并极具丰富的潜在应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提出一种利用硬模板技术来制备空盒状二氧化硅材料的方法。本发明方法可得到一种全新的二氧化硅形貌，并且由于其空盒状的特殊结构，可能在催化，药物控制释放等领域有很大的应用潜力和经济价值。

本发明的技术方案是：用硫酸锰作为反应物，在化学反应下先生成前驱体A(碳酸锰粉末)；然后在恒温条件下，加入碱和硅源(正硅酸乙酯)，通过化学反应生成前驱体B；最后加入一定量的酸，反应一段时间后，抽滤干燥得到最后的产品，即空盒状的二氧化硅。

本发明所述利用硬模板制备空盒状二氧化硅材料的方法，其步骤是：

(1)将硫酸锰与硫酸铵按质量比为1：5-8的量混合，并溶于体积比为7-12：1的水与乙醇混合溶剂中；同时另称取硫酸锰质量3-5倍量的碳酸氢铵溶于水中，配成质量浓度为0.8％-1.4％的溶液；待所述两溶液澄清后，将其混合，并置于40℃-70℃下搅拌反应3-6个小时，然后将溶液进行抽滤，沉淀于50-60℃下真空干燥，得到前驱体A；

(2)将前驱体A加入到体积比为1：4-8水与乙醇的混合溶剂中，搅拌10-30分钟，再按前驱体A质量70-90倍的量加入氨水继续搅拌1-3小时，然后以前驱体A质量15-25倍的量滴加正硅酸乙酯，20-25℃下恒温搅拌反应7-10小时，生成前驱体B；

(3)以正硅酸乙酯质量7-10倍的量向前驱体B体系中加入盐酸溶液，搅拌7-10小时，抽滤，沉淀于50-70℃下干燥，得白色粉末状固体即空盒状二氧化硅。

上述制备反应的方程式为：

MnSO₄+NH₄HCO₃＝MnCO₃+NH₄HSO₄

Si(OC₂H₅)₄+2H₂O→SiO₂+4C₂H₅OH

2HCl+MnCO₃＝MnCl₂+H₂O+CO₂。

上述利用硬模板制备空盒状二氧化硅材料的方法中，

步骤(1)所述硫酸锰与硫酸铵按质量比优选1：6-7；混合溶剂中水与乙醇的体积比优选7-9：1。