[发明专利]一种介孔二氧化硅空心球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化硅空心球，特别涉及一种介孔二氧化硅空心球的制备方法。

背景技术

具有空心结构的材料因其较低的密度和较高的表面积等独特的性质，在催化、低密度结构材料、药物载体、化学传感器和电极材料等许多领域都有潜在的应用价值。在众多的空心材料中，介孔二氧化硅空心球因为具有高比表面积、良好的机械和热稳定性、低毒性、高生物相容性、高药物装载能力以及可作为传输物种的介孔孔道等性质，其在限域催化和药物传递领域有着重要的研究价值和应用前景，受到研究者的广泛关注。

现有的介孔二氧化硅空心球的制备方法主要有：

(1)硬模版法(1、W.R.Zhao，M.D.Lang，Y.S.Li，L.Lia，J.L.Shi，J.Mater.Chem.，2009，19，2778-2783)，利用有机微/纳米球(如PS球)或氧化物微/纳米颗粒作为模板，通过正硅酸乙脂和十八烷基三甲氧基硅烷在模板表面共同水解形成一层二氧化硅壳层，再经过高温热处理将壳层中有机组分除去就可以得到含有介孔孔道的壳层，然后进行除模板工序，就可以得到介孔二氧化硅空心球。其中，如果模板采用有机微/纳米球，热处理的过程可以将模板一并除去；但是若使用氧化物微/纳米颗粒作为模板，则需要进行酸处理将模板除去。

(2)软模版法(2、Z.G.Feng，Y.S.Li，D.C.Niu，L.Li，W.R.Zhao，H.R.Chen，L.Li，J.H.Gao，M.L.Ruan，J.L.Shi，Chem.Commun.，2008，2629-2631)，利用表面活性剂形成的胶束作为模板进行有机硅烷的水解形成的有机/无机杂化的二氧化硅球，再将其中有机组分除去，就可以得到介孔二氧化硅空心球。

以上合成方法均存在不可避免的缺陷，例如：虽然使用硬模板法可以通过控制模板的合成能够得到尺寸均一且可调的介孔二氧化硅空心球，但是这种方法的后处理工序往往过于繁琐且能耗大；此外，所使用的十八烷基三甲氧基硅烷价格昂贵。另一方面，虽然使用软模板法可以降低后处理的能耗(如利用萃取技术)，但是由于软模板法使用的胶束通常缺乏有效的控制手段，因此通过这种方法获得的介孔二氧化硅空心球尺寸往往不够均一；此外，软模板法通常会需要一些价格昂贵的表面活性剂。因此在实际的应用中，现有的硬模板法和软模板法由于操作过程相对繁琐和成本较高，不利于工业化的大量合成，因此限制了它们的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有介孔二氧化硅空心球的合成方法存在的问题，提供一种介孔二氧化硅空心球的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)将二氧化硅球加入水中，超声后获得二氧化硅球分散液；

2)将阳离子表面活性剂加入步骤1)所得的二氧化硅球分散液，再加入碱源，进行刻蚀；

3)刻蚀完后收集沉淀并洗净晾干，得到白色粉末，从白色粉末中除去阳离子表面活性剂，即得介孔二氧化硅空心球。

在步骤1)中，所述二氧化硅球与水的质量比可为1∶(100～200)；所述二氧化硅球可采用经典的法合成；所述超声的时间可为10～30min，最好为30min。

在步骤2)中，所述阳离子表面活性剂与二氧化硅球的质量比可为1∶(20～25)，所述阳离子表面活性剂表面活性剂可为长链烷基的季铵盐等，最好为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵等；所述碱源与所述二氧化硅球的质量比可为2∶(0.83～1.66)；所述碱源可为碳酸钠或氢氧化钠等；所述刻蚀的条件可为：刻蚀温度30～90℃，刻蚀时间1～48h，优选刻蚀温度为35℃，刻蚀时间为24h。

在步骤3)中，所述洗净可采用水和乙醇依次清洗1～3次；所述除去阳离子表面活性剂可采用丙酮或盐酸乙醇溶液等萃取。

本发明制备的介孔二氧化硅球具有中空结构，同时其壳层具有孔洞结构，与二氧化硅球相比其粒径大小略有增加。介孔二氧化硅空心球具有典型的介孔材料的吸附行为，通过刻蚀后所得的介孔二氧化硅空心球的比表面可以达到400～552m²/g；所得的介孔二氧化硅空心球具有均一介孔孔道(其孔径可为2.1～2.5nm)，其孔容可达到了0.39～0.6cm³/g。