[发明专利]一种中空二氧化硅纳米球的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种中空二氧化硅纳米球的制备方法，是室温下将聚乙二醇‑聚N‑异丙基丙烯酰胺嵌段共聚物溶于去离子水中，搅拌下升温至45～55℃并保持恒温，将原硅酸乙酯缓慢滴加到上述溶液中，滴加完毕后继续恒温反应50～80小时，采用离心法对反应液进行固液分离，对固体进行乙醇洗涤、超声分散、离心分离，如此循环操作三次，真空干燥即得到中空二氧化硅纳米球。利用本发明方法制得的中空二氧化硅纳米球尺寸均匀，具有空心核和介孔壳层结构，平均粒径为200nm左右，壳层厚度为50～100nm。本发明方法不使用催化剂和有害的有机溶剂、也无需高温煅烧或化学腐蚀去除模板，并且可以通过改变反应温度、时间和投料比对中空纳米球尺寸及壳层厚度进行调控。

技术领域

本发明涉及一种中空二氧化硅纳米球及其制备方法，属于有机无机复合功能材料技术领域。

背景技术

无机中空纳米材料具有密度低、比表面积大、机械与热稳定性好、表面渗透性强等特点，受到科学界和工业界的广泛关注，在催化、涂层、药物传递与控制释放等领域有许多潜在的应用，其中中空二氧化硅纳米材料的研究与应用最为广泛。

中空二氧化硅纳米材料的制备通常采用模板法，模板材料为聚合物胶乳、乳液、无机纳米粒子、聚合物的聚集体或复合体，以及表面活性剂胶束。在模板材料的分散介质中，通过二氧化硅前驱体(如原硅酸乙酯)在酸性或碱性条件的快速水解和缩合或在核模版上层层自组装形成核壳结构制备二氧化硅纳米球的壳，再通过高温煅烧或化学蚀刻去除核模板而获得中空二氧化硅纳米材料。这种制备方法成本高，且带来环境问题，通过高温煅烧和化学蚀刻去除核模板还会破坏二氧化硅壳层。鉴于此需要寻找新的中空二氧化硅纳米材料制备方法，且更加灵活易用和无破坏性。

中国专利申请CN101214965A公开了一种大孔-介孔二氧化硅空心微球的制备方法，以嵌段共聚物P123为模板剂，得到具有大孔和介孔两种孔结构的二氧化硅空心微球，但是该模板双重乳液配置较为复杂，而且后处理过程需要高温煅烧除掉表面活性剂和有机溶剂。中国专利申请CN101121519A公开了在醇体系中，氨水催化硅酸酯和硅烷偶联剂共同水解得到杂化二氧化硅亚微米球，该亚微米球具有平均孔径为3～10nm的介孔结构，制备过程简单，但该过程需要醇类有机溶剂和氨水碱性溶液，并使用氢氟酸腐蚀杂化二氧化硅亚微米球的溶胶，存在较大的危险性。李丽颖等“以阴离子多肽为模板合成二氧化硅纳米空心球”(物理化学学报，2008，24，3)报道了以3-氨丙基三甲氧基硅烷((APMS)和正硅酸乙酯((TEOS)为硅源，聚阴离子多肽为模板控制合成微孔二氧化硅空心球，但该过程需要不断的调控溶液pH值和通过煅烧来除掉模板剂。上述专利申请或文献中所涉及的中空二氧化硅微球的制备方法中均需要酸或碱性条件催化正硅酸乙酯等硅源的水解和缩合反应，或者同时使用高温煅烧或化学腐蚀来除掉模板剂，因而依然不能解决上述的两个难题，这大大阻碍了中空二氧化硅纳米球在催化、药物控释等领域的应用。