[发明专利]一种空心碗状二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种空心碗状二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用。具体地，本发明公开了一种所述空心碗状二氧化硅纳米颗粒的制备方法，所述方法具有制备条件温和，操作简单，可以满足规模生产的需求的特点。所述空心碗状结构的二氧化硅纳米颗粒具有新颖的半球形空心凹穴结构，因此具有特殊的物理性质(如光学性质)，有望用于镀膜、气敏、催化、药物、生物等多种应用领域。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地涉及一种空心碗状二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

纳米颗粒是纳米材料的重要组成部分，其中氧化物(二氧化硅，二氧化钛等)包覆有机物(聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯等)从而形成核壳复合粒子，是纳米颗粒制备的重要研究方向之一。其中，核壳复合粒子还可以通过煅烧或溶解去除核，从而得到空心结构的纳米材料。与同尺寸的实心纳米材料相比，空心纳米颗粒具有密度低，比表面积大，稳定性高，可以封装多种客体分子以及表面渗透能力强等优点，在生物医药、催化、色谱分析、减反镀膜等领域有重要的应用价值。

由于空心结构材料广泛的潜在应用价值，大量的合成方法迅速发展起来，用来制备不同的空心结构纳米材料。目前，模板法是制备空心纳米颗粒最普遍的方法。例如，利用硝酸锌和硫代乙酰胺直接在PS微球上沉积ZnS，获得ZnS空心球；通过水解金属醇盐包覆模板颗粒被大量应用来制备金属氧化物空心结构(SiO2、TiO2、ZrO2等)。近期有文献[ACSAppl.Matre.Interfaces 2014,6,p1415-1423]则采用PAA为模板的方法，在碱性条件包覆二氧化硅，再加酸催化的二氧化硅溶胶渗透，形成二氧化硅-二氧化硅复合纳米粒子，最后经过煅烧得到空心的二氧化硅-二氧化硅空心结构。虽然这些方法能有效合成空心结构，但大多数都是空心球形对称结构，形貌比较单一。而空心碗状结构的材料，由于其具有凹陷非球形结构，其内部空腔的存在使这类纳米颗粒具有特殊的物理性质，因而也具有潜在应用价值。目前对于空心碗状结构纳米颗粒合成的研究和报道还比较少，大规模合成空心凹陷半球形纳米颗粒的方法和相关工艺还有待开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心碗状结构的二氧化硅纳米颗粒的制备方法，该方法的制备条件温和，操作简单，可以满足规模生产的需求；制备得到的空心碗状结构的二氧化硅纳米颗粒具有新颖的半球形空心凹穴结构，因此具有特殊的物理性质，有望用于减反射镀膜、气敏、防眩光、催化、药物、生物等多种应用领域。

本发明的第一方面，提供了一种空心碗状二氧化硅纳米颗粒的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)提供第一混合液、催化剂、硅源和第一溶剂，其中，所述第一混合液包含聚合物纳米颗粒和第二溶剂；

2)在搅拌条件下，混合所述第一混合液和所述催化剂，反应得到第二混合液；

3)在搅拌条件下，混合所述第二混合液和所述硅源，反应得到含二氧化硅包覆的聚合物纳米颗粒的第三混合液；

4)将所述第三混合液涂覆于基体上，干燥得到涂有二氧化硅包覆的聚合物纳米颗粒涂层的基体；

5)将步骤4)所得产物在所述第一溶剂中浸泡处理，将基体取出，干燥后得到所述空心碗状二氧化硅纳米颗粒。

在另一优选例中，所述聚合物纳米颗粒为选自下组的单体聚合所得聚合物纳米颗粒：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、或其组合。

在另一优选例中，所述聚合物纳米颗粒的粒径为20-5000nm，较佳地50-3000nm，更佳地100-1000nm。

在另一优选例中，所述聚合物纳米颗粒的形状为球形。

在另一优选例中，所述第二溶剂选自下组：无水乙醇、甲醇、异丙醇、丁醇、或其组合。

在另一优选例中，所述催化剂为氨水；和/或