[发明专利]多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器的合成方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米反应器的合成技术，尤其涉及一种多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器的合成方法及其应用。

背景技术

贵金属纳米颗粒优异的催化性能已经在多项催化体系(氧化、还原、加成以及聚合等反应)中得到证明，且已经在现有的工业催化中开始崭露头角。但因为贵金属纳米颗粒高的表面能，使得在反应过程中贵金属纳米颗粒聚合(或融合)而活性减小致使反应效率降低；为了解决这一问题，把贵金属纳米颗粒与无机物复合在一起的思路被提了出来，其被广泛认可的催化剂范式如钯/碳。随着核/壳结构的走俏，一大批纳米催化剂被合成了出来；鉴于这种结构的特点催化剂颗粒之间接触进而融合的问题被克服了，但是因为外层壳的致密包覆使得催化位点的不充分暴露却也限制了催化效率的提高。在此基础上，将贵金属纳米颗粒包覆在介孔材料内部形成一种“铃铛”结构(亦称蛋黄壳结构)的纳米反应器的合成思路被提了出来；这种将催化剂与体相通过介孔壳既分离又连接的设计在催化反应中收到了良好的效果，同时也可通过对外壳介孔材料进一步的后修饰来催化多级反应。近年来，通过硬模板法(先核后壳法)制备了多种该结构的纳米反应器，但都只能得到单核的蛋黄壳结构，目前尚无一步先壳后核合成多核蛋黄壳结构纳米反应器的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多银核、外层介孔壳、内嵌氧化硅网络、催化性能高的多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器的合成方法及其应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器的合成方法，包括步骤：

A、首先制备单分散的空心介孔二氧化硅球；

B、然后向步骤A中得到的空心介孔二氧化硅球中引入银纳米颗粒形成多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器；

C、进一步通过激光辐照技术打碎步骤B中得到的多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器内部的银纳米颗粒。

本发明的上述多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器的应用，该纳米反应器用于催化和有机污染物的转化。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器的合成方法及其应用，由于首先利用结构差异刻蚀法得到单分散的空心介孔二氧化硅，然后向其内腔中反向合成银纳米颗粒，进一步在激光辐照的作用下内腔里的银纳米颗粒尺寸减小、数量增加；外层的介孔二氧化硅有利于反应物与产物的进出、内部氧化硅的残留网络形成的空间阻隔有利于稳定银纳米颗粒、内部空间提供一个均一的反应环境。本发明成功的合成了多银核的蛋黄壳结构纳米反应器，并通过激光对既定的材料辐照进一步减小了银纳米颗粒的尺寸，改善了其催化性能。

附图说明

图1a为本发明实施例中使用改进后的法合成的实心二氧化硅颗粒的场发射扫描电镜照片，其表面光滑、尺寸均一(～180nm)；

图1b和图1c为本发明实施例中在正硅酸乙酯(TEOS)和C₁₈TMS共同水解在图1a所示的二氧化硅颗粒表面包覆一层介孔的二氧化硅后的场发射扫面电镜照片和投射照片(制孔剂C₁₈TMS已经除去)，包覆后的颗粒直径增加到～230nm,包覆厚度～25nm；

图1d和图1e为本发明实施例中使用碳酸钠在加热条件下对包覆后的二氧化硅/介孔二氧化硅颗粒进行刻蚀后的扫面电镜和投射电镜照片；

图2a和图2b为本发明实施例中得到的空心介孔二氧化硅的BET表征图：图2a为N₂-吸附脱附曲线，图2b为BJH法模拟的介孔孔径分布；

图3a和图3b为本发明实施例中向空心介孔二氧化硅球中引入银纳米颗粒后的多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器的投射电镜照片和其对应的银纳米颗粒的尺寸分布；图3c和图3d为本发明实施例中对引入银核后的多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器激光辐照后的透射电镜照片和其内腔内银纳米颗粒的尺寸分布；图3e为纳米反应器的组成元素mapping图；

图4为激光辐照前后多银核/空心介孔二氧化硅蛋黄壳结构纳米反应器的UV-vis吸收谱；激光辐照前吸收峰宽，吸收峰中心位置在422nm处；激光辐照后吸收峰变窄，吸收峰中心位置移到406nm处；