[发明专利]管壁呈放射孔排列的右手螺旋硅纳米管材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种管壁呈放射孔排列的右手螺旋硅纳米管材料及制备方法，属于纳米材料技术领域。该硅纳米管材料由一根以上的长度为100nm～20μm、直径为3nm～100nm之间的硅纳米管在空间中排列组成，每根硅纳米管为一端开口、另一端封闭设置的中空腔体，在中空腔体的侧壁上分布有一个以上的孔道，每个孔道均为从中心向边缘辐射的放射状孔道，其平均孔径为2nm～50nm。该手性硅纳米管的比表面积达到600～1400m²/g，其可作为药物、蛋白和基因的纳米载体用于体内治疗，同时，具备该结构的手性纳米管还可进一步组装亦可用于手性催化和拆分等领域。

技术领域

本发明涉及介孔二氧化硅，属于纳米材料技术领域，具体地涉及一种管壁呈放射孔排列的右手螺旋硅纳米管材料及制备方法。

背景技术

自Mobile公司成功制备MCM-41系列介孔二氧化硅以来，介孔材料因其独特均一的孔道结构、较大比表面积和孔容、可控的孔径和易于修饰的表面结构被广泛应用于载体、吸附、分离和催化、半导体材料和光电子器件及传感器和调节器阵列等领域。然而，传统的无序介孔二氧化硅球面临吸附量少、催化活性低等一系列困难，故制备具有有序介孔孔道结构的二氧化硅材料拥有重要的研究价值和潜在的应用前景。目前，形貌、结构和孔径可控成为制备二氧化硅纳米材料的挑战之一，尤其是制备含径向放射状有序介孔孔道结构的二氧化硅材料成为很多研究者的一个研究热点。

例如，Moon等以双连续微乳液体系为模板，成功制备了有序放射性孔道分布的介孔二氧化硅球(MoonD,LeeJ,Langmuir,2012,28,12341-12347)。Peng等利用CTAB-1,3,5-三甲基苯-乙醇-水组成的微乳液体系做模板，TEOS作为硅源，制备得到核壳结构的二氧化硅球，其核中心存在局部六方排列的蠕虫状介孔，壳上分布有放射状有序介孔孔道，但其孔径较小(3～7.3nm)。这种核壳结构的SiO₂球具有较高的比表面积(745～912m²/g)和孔体积(0.98～1.34cm³/g)，结果证明这种存在二级孔道结构的二氧化硅材料有望应用于生物催化、吸附等领域(PengJ,LiuJ,LiuJ,J.Mater.Chem.A,2014,2,8118-8125)。

中国发明专利申请(申请公布号CN102849750A，申请公布日2013-01-02)公开了一种放射状孔道介孔氧化硅及其制备方法。其特点在于，产物SiO₂材料为球形形貌，表面光滑，粒径为700～1000nm，孔道为从中心向边缘辐射的放射状孔道，存在多级孔径，且孔径大小不均一，具有较高的比表面积和孔容。具体的制备方法是在室温下，以水-乙醇-乙醚作为共溶剂，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)为模板剂，氨水为催化剂，促进硅源(TEOS)水解缩聚而得。本发明的合成体系中必须加入一定比例的硅烷偶联剂(N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷)，对反应体系的物质组成要求严格。

中国发明专利申请(申请公布号CN104129791A，申请公布日2014-11-05)公开了一种含径向介孔孔道结构球形二氧化硅材料及其制备方法。其特征在于，该发明利用CTAB，PVP-乙醇-环己烷-水形成的水包油型微乳液体系做模板，硅源TEOS在微乳液滴球表面水解、缩聚，自组装合成含径向介孔孔道结构球形介孔SiO₂纳米材料。所述介孔二氧化硅为单分散球形，粒径范围为350～650nm，比表面积为975～1114m²/g，孔径为3.9～4.1nm，介孔孔道从球的中心辐射到球的边缘。

然而，上述制得的介孔SiO₂纳米材料均呈现球形。

与此同时，手性作为自然界的普遍现象，广泛存在于自然界较多物质当中，研究表明，生命活动与生物分子的手性有着密切的联系，但在有机化学研究领域中，手性小分子催化剂面临着价格昂贵，且难于回收和再利用的问题。