[发明专利]空心硅酸锰材料及其制备方法

说明书

本发明提供的一种空心硅酸锰材料，本发明提供的一种空心硅酸锰材料，其中，所述空心硅酸锰材料包括：尺寸小于10nm的空心硅酸锰一次颗粒，和/或包括多个空心硅酸锰一次颗粒的二次颗粒，所述二次颗粒的尺寸小于50nm；所述空心硅酸锰材料的比表面积大于450m²/g。该空心硅酸锰材料不仅具有较小的尺寸，同时具有较大的比表面积。此外还具有以下特点：在水相分散性好、无需表面配体置换、毒副作用低、稳定性高、具有单一或复合结构、壳壁超薄的空心结构，使空心硅酸锰材料的应用范围更广，具有更有益的使用效果。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料技术领域，特别是涉及空心硅酸锰材料及其制备方法。

背景技术

开发新型功能化无机纳米材料是推动纳米科学与技术研究的重要动力。精确控制无机纳米材料的尺寸、成份、形貌，就能调控出纳米材料的一些新颖独特的性质。近二十年来，人们通过纳米技术开发不同结构的金属氧化物、硅胶、碳等材料，并在纳米科学领域进行了广泛、深入的研究与应用。设计并合成结构新颖、形貌独特的新型功能纳米材料，寻找其潜在的应用价值，成为国内外众多研究者关注的热点。特别是微米或纳米尺寸的空心结构材料在生物、医药、能源相关领域拥有很高的应用价值。由于这种独特的空心结构所带来的高的比表面积、大孔容、低密度、低热膨胀系数等特性使材料本身的应用价值最大化、而且还可以拓展到其他潜在的应用领域。

空心纳米结构使材料有较大的孔容，这些空间既可以装载又可以保护药物、基因、生物小分子等，使其精确、安全的传递到目标位置。空心结构还有效的降低了材料的密度，提高了比表面积，所以使用少量的材料就可以得到充分的催化、造影等效果。空心结构不仅提高了传统造影剂的造影效果，还增加了载药的功能用于疾病的治疗。此外空心结构还降低了材料的膨胀系数、提高了稳定性，在锂电池负极材料开发领域被认为是提高电池寿命的有效手段之一。空心材料的合成方法主要分为三种：1)硬模板法；2)软模板法；3)非模板法[1]。硬、软模板法是制备空心结构材料时最常用的技术，这种制备法易于控制材料内外的尺寸、形貌、成分。非模板法则是不使用模板，通过化学反应得到空心结构的合成技术。如：柯肯达尔效应(Kirkendall effect)、奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripeningprocess)、伽凡尼置换反应(Galvanic replacement reactions)等反应都是制备空心结构的重要手段。

目前，很多研究团队正在研究开发新型功能化空心无机纳米材料，比如：美国康奈尔大学Lynden A.Archer教授、韩国首尔国立大学Taeghwan Hyeo教授，新加坡南洋理工大学Xiong Wen(David)Lou教授，中国科学院王丹教授等团队开发各种合成技术并成功的制备出碳、过渡金属(铁、锰、镍等)氧化物、过渡金属硫化物为基础的空心球、空心箱、空心海胆(Sea urchin)型、空心球套球(Ball in ball)型等结构；复旦大学赵东元教授课题组开发了合成复杂的三维介孔多壁空心二氧化硅纳米材料的有效方法。虽然很多无机材料的空心化制备工艺已经开发，但设计并开发新型的，简易的，不同材料、不同结构、不同尺寸的空心结构纳米材料仍是无机纳米材料领域有待突破的难点。

中科院施剑林教授团队合成硅酸锰/二氧化硅核壳结构纳米材料(尺寸：150-200nm)并验证了其MRI造影和载药治疗的效果。这种硅酸锰介孔材料表面带有锰离子可作为MRI造影剂，而且合成出来的硅酸锰是亲水性的无需表面修饰或配体转换，生物兼容性也不错。现有研究表明，纳米粒子的造影效果是和其粒子尺寸是成反比的，也就是尺寸小的纳米粒子造影效果比大的纳米粒子好。

因此，如何制备更小尺寸的空心纳米硅酸锰是材料合成领域需要解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对如何得到更小尺寸的空心纳米硅酸锰的技术问题，提供一种空心硅酸锰材料及其制备方法。

本发明提供的一种空心硅酸锰材料，其中，所述空心硅酸锰材料包括：

尺寸小于10nm的空心硅酸锰一次颗粒，和/或