[发明专利]蜂窝状二氧化硅纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域。具体涉及一系列不同长度和粗细的蜂窝状二氧化硅纳米管的制备。

背景技术

二氧化硅纳米管有许多独特的性质，比如说：结构稳定，比表面积大，孔的大小、容量可以控制并且其独特的表面性质有利于不同大小、形状和功能的分子定点传送和吸附，提高功能分子的载带效率，实现材料的多功能化。

碳纳米管是最早合成的具有中空结构的纳米材料。其独特的高导电性、优异的强度、化学选择性以及高弹性等，使之成为纳米材料领域中的重要一员。继碳纳米管之后，人们陆续发现许多物质，如氮化硼(BN)、二硫化钼(MoS₂)、二硫化钨(WS₂)、氧化锆(Zr0₂)、氧化硅(Si0₂)、氧化钛(TiO₂)等也可形成纳米级直径的管状结构。依据它们的管径及结构的不同，纳米管材料可以是绝缘体、半导体或者显示金属性能。独特的电化学性质使它们可以用作量子管线。特有的高比表面积使它们在能量储存、电池、超级电容器和能量转换设备中将有十分重要的应用。

SiO₂纳米管在催化、吸附、分离、纳米反应器、半导体和光电子器件、传感器及药物释放等领域具有极大的潜在应用价值。SiO₂纳米管的制备受到了广泛的关注。其中，Chem.Mater.18,996-1000(2006)报道了以碳纳米纤维为模板制备SiO₂纳米管，SiO₂纳米管的内径和孔壁厚度可以通过改变TEOS水解时间和碳纳米纤维模板的直径来实现，并且该二氧化硅纳米管通过负载金属镍后可以作为甲烷分解的纳米反应器。

以上报道的皆为单孔道纳米管，而蜂窝状二氧化硅纳米管尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提出一种蜂窝状二氧化硅纳米管的制备方法。开辟了一条调控蜂窝状二氧化硅纳米管长度和粗细的新途径。

本发明的技术方案：以季铵盐阳离子表面活性剂为主模板剂，三嵌段共聚物为助模板剂，在碱性溶液中，通过溶胶-凝胶法，合成蜂窝状二氧化硅纳米管，并通过改变合成条件，调控蜂窝状二氧化硅纳米管的长度和粗细。

本发明的具体技术方案为：一种蜂窝状二氧化硅纳米管的制备方法，其具体步骤为：

蜂窝状二氧化硅纳米管的制备方法，其具体步骤为：将主表面活性剂季铵盐阳离子和助表面活性剂三嵌段共聚物加入到碱性溶液中，升温并搅拌，使表面活性剂完全溶解；加入硅源，生成白色絮状沉淀，保持温度并继续搅拌；然后装釜水热，离心，洗涤，干燥，脱除表面活性剂得到蜂窝状二氧化硅纳米管；其中主表面活性剂：助表面活性剂：H₂O：SiO₂：碱的摩尔比为0.15~2.5：0.002~0.02：211~1199：1：0.5~334。

优选所述的季铵盐阳离子表面活性剂的结构式为C_nH_2n+1N(CH₃)₃X，其中n=8~22，X=Cl或Br。

优选所述三嵌段共聚物为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，简称P123，（分子式为PEO20-PPO70-PEO20）或聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯，简称F127（分子式为PEO100-PPO65-PEO100）。

优选所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡溶液或氨水。

优选所述的硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯（TEOS）、正硅酸丙酯、正硅酸钠或硅溶胶。

优选将表面活性剂加入碱性溶液后升温到30~90°C。优选将表面活性剂加入碱性溶液和加入硅源后的搅拌转速均为50~800rpm。优选加入硅源后继续搅拌的时间为2~48小时。

本发明的有关机理：季铵盐阳离子为主表面活性剂，三嵌段共聚物为助表面活性剂，蜂窝状二氧化硅纳米管孔道的形成主要是由CTAB（十六烷基三甲基溴化铵，分子式C₁₆H₃₃N(CH₃)₃Br）参与，而P123分子在反应液中处于CTA⁺（十六烷基三甲基铵离子）的胶束之外的，P123并未参与其孔道的形成。它的主要作用是，处于胶束外部，改变胶束的聚集方式，控制胶束的生长。最后，硅酸根会由于强的静电作用力而优先与CTA⁺相结合，形成最终的蜂窝状二氧化硅纳米管。

有益效果：