[发明专利]多元复合金属氧化物纳米空心球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属比例可控的多元复合金属氧化物纳米空心球及其制备方法，属于无机先进纳米材料制备工艺技术领域。

技术背景

由于无机纳米空心球材料具有低密度，高比表面积等优点，使得其在催化，吸附与气敏，能量转移，药物存储与释放方面有着广泛的应用。常用的合成无机纳米空心球材料的方法有溶胶凝胶法，乳液/界面聚合方法，模板法等。其中，最常用的方法是模板法，因为该方法容易操作，重复性高，并且可以获得尺寸均一的产物。由于碳球具有制备工艺简单，产量高，重复性好，且表面带有负电荷，能够自发吸附金属阳离子的特性，成为常用的模板剂(X.Sun，Y.Li，Angew.Chem.Int.Ed.，2004，43，597-601)。但是目前利用该方法合成的，大都是具有单一金属组分的氧化物纳米空心球(X.Sun，J.Liu，Y.Li，Chem.Eur.J.，2006，12，2039-2047)，而且由于静电引力以及多种金属离子之间的相互排斥力很难控制，导致即使利用模板法合成出了具有多种金属组分的氧化物纳米空心球，也很难控制多种金属组分之间的比例。

水滑石是一类层状金属双羟基化合物，具有金属元素种类和比例可调性、主体层板带正电等特性，可以靠静电引力吸附到带负电模板上等优点。文献Poernomo Gunawan，Rong Xu，Chem.Mater.，2009，21，781-783，利用在甲醇溶液中合成的镁铝水滑石胶体溶液，以碳球为模板合成出MgO/Al₂O₃复合金属氧化物空心球。但是其水滑石的合成过程使用的甲醇溶液对环境有污染，而且其并未系统探讨水滑石前驱体与氧化物空心球之间的组成继承性问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用碳球做模板合成金属比例可控的多元复合金属氧化物纳米空心球的方法。

本发明的方法是用无毒无害的方法合成具有准确金属种类和比例的水滑石胶体溶液，并加入碳球为模板剂，利用静电引力作用，使带正电的水滑石吸附到带负电的碳球模板上，经过焙烧去除，即可获得组成可控、尺寸可调的多元复合金属氧化物纳米空心球。本方法通过控制水滑石材料的金属元素组成和金属元素比例可以调控产物成分。

本方法制得的多元复合金属氧化物纳米空心球可以用分子通式M^IIO/M^III₂O₃来表示，其中M^II，M^III分别为二价和三价金属阳离子，M^II为Zn²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Ca²⁺中的一种或几种，M^III可以为Al³⁺、Fe³⁺中一种或两种。其具有尺寸均一和可控，金属比例可调，比表面积大(140～240m²/g)等优点。

上述多元复合金属氧化物纳米空心球的具体制备步骤如下：

A.用去离子水配制含有二价金属离子M^II和三价金属离子M^III的混合盐溶液，其中阴离子为CO₃^2-、NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-中的一种或几种，其中M^II与M^III的摩尔比为1～4，M^II的摩尔浓度为0.3～1.2mol/L，M^III的摩尔浓度为0.075～1.2mol/L；MII是Zn²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Ca²⁺中的一种或几种；M^III是Al³⁺、Fe³⁺中的一种或两种；

再用去离子水配制碱性溶液，该碱溶液是摩尔浓度为0.1～1.8mol/L的NaOH溶液；或是NaOH与Na₂CO₃的混合溶液，其中NaOH的摩尔浓度为0.1～1.8mol/L，Na₂CO₃的摩尔浓度为0.01～0.1mol/L。