[发明专利]一种错位双套二氧化硅骨架材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种错位双套二氧化硅骨架材料的制备方法。这种二氧化硅骨架材料具有Primitive常平均曲面结构，同时具有有序的大孔和介孔结构。制备这种二氧化硅骨架材料的步骤如下：首先，将嵌段共聚物加入有机溶剂中，搅拌溶解；然后向上述溶液中加入酸溶液，搅拌0.5小时，再滴加硅源，继续搅拌2小时；将反应物挥发、洗涤、冻干；最后，高温焙烧冻干的样品，脱除有机物。本发明的二氧化硅骨架材料具有Primitive常平均曲面结构，在三维空间上有序排列。由于曲面存在形成了大量的介孔和大孔孔道，具有较好的光学及催化性能；其制备方法操作简单，设备要求低，产物产量高，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅骨架材料及其制备方法，尤其涉及一种错位双套二氧化硅骨架材料及其制备方法。

背景技术

常平均曲面结构的二氧化硅骨架材料不仅在三维空间上具有周期性结构，而且具有比表面积大、孔体积大、孔径可调的特点，因此在化工领域、生物医药以及光学器件等方面具有潜在的应用价值。

迄今为止，已有很多文献报道了不同常用于制备平均曲面结构的无机骨架材料的方法。L.Han等人(Chem.Mater.2014,26,7020-7028)通过以嵌段共聚物自组装为模板合成具有Diamond常平均曲面结构的错位双套二氧化硅骨架材料。H.Li等人(Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,806-811)通过以嵌段共聚物自组装为模板合成具有Diamond常平均曲面结构的错位双套二氧化钛骨架材料。S.W.Robbins等人(ACS Nano2014,8,8217-8223)利用三嵌段与金属氧化物前驱体自组装形成具有Gyroid曲面的介孔单套金属氮化物材料。J.G.Werner等人(Nanoscale 2014,6,8736-8742)利用原子层沉积方法得到具有Gyroid曲面的介孔二氧化钛材料。E.Kim等人(Adv.Funct.Mater.2013,24,863-872)利用原子层沉积方法得到具有Gyroid曲面的介孔氧化锌材料。C.Mille等人(RSCAdvances 2013,3,3109-3117)通过复制蝴蝶翅膀得到具有Gyroid曲面的二氧化钛光子晶体材料。在这些方法中合成得到的都是Diamond和Gyroid平均曲面结构的无机材料。根据自洽场理论，Primitive曲面结构在纯嵌段聚合物自组装中是极其不稳定的，只能稳定存在于相图中很小的区域内，因此合成Primitive曲面结构是具有挑战性的。Primitive曲面形貌在文献A.Jain,G.E.S.Toombes,L.M.Hall,S.Mahajan,C.B.W.Garcia,W.Probst,S.M.Gruner,U.Wiesner,Angew.Chem.Int.Ed.2005,44,1226-1229中报道，但其晶胞参数为47nm(煅烧后)，限制了其在光学器件上的应用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的问题是通过化学方法得到具有Primitive常平均曲面结构的无机材料，采用一步合成法制备错位双套二氧化硅骨架材料可以避免了反向拷贝结构造成的高成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种错位双套二氧化硅骨架材料及其制备方法，这种错位双套二氧化硅骨架材料具有Primitive常平均曲面结构，是一种新型的具有位移的无机材料，制备这种具有Primitive常平均曲面结构的错位双套二氧化硅骨架材料的方法能够得到大晶胞尺寸和大孔径的三维周期性结构。具体技术方案如下：

一方面，本发明公开了一种错位双套二氧化硅骨架材料，所述材料具有Primitive常平均曲面结构。

进一步地，所述曲面结构将空间划分出大量有序的介孔、大孔。

进一步地，所述曲面结构在三维空间上有序排列。

另一方面，本发明提供了一种错位双套二氧化硅骨架材料的制备方法，该方法通过使用嵌段共聚物，控制合成配比和条件，通过简单的操作，一步法化学合成具有Primitive常平均曲面结构的错位双套二氧化硅骨架材料。