[发明专利]一种二氧化硅纳米管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种二氧化硅纳米管的制备方法，包括以下步骤：A)海藻酸钠与正硅酸乙酯在水和无水乙醇的混合溶液中，pH为2～6的条件下，反应形成凝胶；B)所述凝胶经去离子水洗涤、干燥，得到二氧化硅纳米管。本发明以海藻酸钠为软模板剂，产品制备过程简单，条件易于控制，便于规模生产；制备出的二氧化硅纳米管产率高，孔道直径小，原料生物毒性小。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种二氧化硅纳米管及其制备方法。

背景技术

继碳纳米管被发现以来，一维管状纳米材料受到了广泛重视，管状纳米材料在药物输运、离子传导、催化、存储、分离和吸附等方面的研究也越来越多。由于其独特的结构和性能，使其在上述诸多领域有着较大的应用前景。近年来，人们陆续发现氮化硼(BN)、二硫化钼(MoS₂)、二硫化钨(WS₂)、二氧化钛(TiO₂)、氧化锆(ZrO₂)等也可以形成纳米管状结构，它们在光催化、电子传输和功能性高分子填料等领域发挥着重要作用。

二氧化硅作为一种无毒、无味、无污染的非金属材料，在药物缓释、催化剂载体和高分子填料等领域具有极大的应用价值。近年来，随着纳米材料制备技术的成熟，二氧化硅纳米管的制备研究也日益增多。其制备方法主要可分为物理生长法和化学模板法。物理生长法通常采用光、电等技术在高温高压和贵金属催化剂的作用下在单晶硅片表面生长形成纳米管，此法需要很高要求的制备条件，且所用仪器贵重并消耗大量能源，难以大规模工业化生产。化学模板法可分为硬模板法和软模板法两种，硬模板主要是氧化铝模板或碳纳米管等为模板，二氧化硅前驱体在其内部或表面生长形成管状，但此法后处理比较麻烦，通常需要采用强酸、强碱或有机溶剂除去模板，这不仅增加了工艺流程，而且容易破坏所制备的二氧化硅纳米管结构。软模板主要是利用两亲性分子的胶束或表面张力作用，诱导二氧化硅前驱体形成管状形貌，该方法采用的模板剂用量少，在多数领域应用时，无需去除。在生物体内应用时，如果选择的模板剂分子本身无生物毒性，也不会对二氧化硅纳米管的生物毒性产生影响。有研究者分别采用十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和柠檬酸铵等制备出二氧化硅纳米管。Nakamura(J.Am.Chem.Soc 1995,117(9):2651-2652)和付绍云(中国专利，申请号：200410083919.8)以酒石酸为软模板在静止状态下制备出超细二氧化硅纳米管。然而，上述方法制备出的产物中大多数为纳米颗粒，二氧化硅纳米管的得率较低，都少于20％，且有长径比小，尺寸不均等缺点。付绍云(中国专利，申请号：200710065107.4)通过控制酒石酸的结晶和溶解，以酒石酸所形成的棒状晶体为模板，制备出长径比大，尺寸均一，得率高于80％的二氧化硅纳米管。该法实际属于硬模板法，因此制备出的二氧化硅纳米孔道较大(大于150nm)，不适合用于药物传输等领域。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种二氧化硅纳米管及其制备方法，具有较高的产率，纳米管孔道内径较小。

本发明提供了一种二氧化硅纳米管的制备方法，包括以下步骤：

A)海藻酸钠与正硅酸乙酯在水和无水乙醇的混合溶液中，pH为2～6的条件下，反应形成凝胶；

B)所述凝胶经去离子水洗涤、干燥，得到二氧化硅纳米管。

本发明以植物提取物海藻酸钠为软模板剂，廉价易得，且无生物毒性，将其作为软模板可利于二氧化硅前驱体在其表面生长形成管状纳米二氧化硅，且海藻酸钠在水中溶解度大，反应完全后用水洗涤时极易除去，制备方法简单，得到的二氧化硅纳米管尺寸均一、长径比大、孔道较小(约50nm左右)，且产率高于90％。

上述反应的溶剂为水和无水乙醇的混合溶剂。所述水和无水乙醇的体积比优选为1：(2～4)。

上述反应的pH值优选为2～6，更优选5，提供弱碱性环境的化合物优选为氨水、KOH或NaOH，最优选氨水。

上述制备方法优选具体为：