[發明專利]一種有機修飾的納米復合氧化物材料及其制備

有效

• 申請號: 200810011655.3
• 申請日: 2008-06-04
• 公開（公告）號: CN101597437A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 徐杰;陳晨;張巧紅;馬紅;張偉;孫志強
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C09C3/08
• 分類號: C09C3/08;C09C1/28
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 馬 馳;周秀梅

技術領域

本發明屬于納米材料，具體地說是一種有機修飾的納米復合氧化 物材料及其制備。

背景技術

納米SiO₂顆粒在涂料、催化劑、色譜填料及高性能陶瓷等方面有 著其廣泛的應用，但是單一的反應惰性組分Si，以及表面大量的硅羥 基的存在表現出的親水性，又限制了其在其他方面的應用。因此，對 二氧化硅顆粒進行功能化，拓展其用途成為當前一個研究的熱點。其 中，一種方法是引入活性組分，例如采用負載法負載一部分活性金屬， 應用到催化反應或者選擇吸附過程中；而另一種方法，是利用偶聯劑 對其表面進行疏水性修飾，主要應用到涂料工業中增加其分散性和疏 水性。若能將此二者結合起來，無疑將開發出一種具有多功能的新材 料，為納米器件和功能材料的發展提供更大的選擇。同時，近期出現 的反相微乳法使得制備均勻、穩定的納米粒子更加方便，該方法在控 制超細顆粒形貌和粒徑方面具有較大的優越性。

發明內容

以反相微乳法為制備方法，合成出大小均勻、穩定、并且體相含 有活性金屬、表面連接有機基團的有機修飾納米復合氧化物材料是本 發明的宗旨。

本發明的目的在于提供一種有機修飾的納米復合氧化物材料。

本發明的另一目的在于提供制備上述納米材料的方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種有機修飾的納米復合氧化物材料，以SiO₂微球為基底，在其 體相中嵌入有無機金屬氧化物，在其表面上連接有機基團；其可以采 用通式MeOg-SiO₂表示，Me為Metal的縮寫，Og為Organic?group的 縮寫；其中，Me為Co、Mn、Cu、Fe、V、Ti、Cr、Ni、Zn、Zr、Al 中的一種或一種以上，Og為甲基、乙基、丙基、乙烯基、氯丙烯基、 萘基、苯基、三氟丙基、一氟苯基和五氟苯基中的一種或一種以上。

所述SiO₂微球的粒徑為20-150納米；金屬氧化物于MeOg-SiO₂中質量含量0.5-50％；有機基團于MeOg-SiO₂中質量含量0.1-60％。

所述有機修飾的納米復合氧化物材料的制備可按如下步驟操作：

1)將表面活性劑、質量濃度25-28％的氨水、有機相和助表面活 性劑混合組成反相微乳液A；以金屬可溶性鹽的水溶液或金屬的氨絡 合溶液為金屬源，金屬源溶液稱之為B；

2)正硅酸乙酯和有機硅烷為硅源，混合制成溶液C；

3)混合溶液A和B得溶液D；在攪拌的條件下，將溶液C加入 溶液D中，并老化2-48h；

加入5-10倍正硅酸乙酯質量的丙酮破乳，離心收集固體；用乙醇 2-6次洗滌此固體去除表面活性劑，80-150℃烘干，最終得到一種大 小均勻的顆粒狀納米材料；

所得最終混合溶液的質量比為(0～8)表面活性劑∶(1～4)水∶ (5～9)有機相∶(0～6)助表面活性劑∶(1)正硅酸乙酯∶(0.05～1.5) 有機硅烷∶(0.01-1)金屬鹽；氨水中氨以所加金屬離子完全沉淀所需的 量來計量。

所述步驟1)中金屬的氨絡合溶液是采用于金屬可溶性鹽的水溶液 中滴加質量濃度25-28％的氨水制備獲得；所述氨水中氨與金屬離子的 摩爾比通常為2-8；

所用的表面活性劑可以是陰離子表面活性劑如直鏈烷基苯磺酸鈉 和α-烯基磺酸鈉，也可以是非離子表面活性劑如長鏈的有機伯胺、Np 系列和吐溫系列表面活性劑，還可以是陽離子表面活性劑如十六烷基 三甲基溴化胺等。有機相為乙醇、環己烷、正己烷或者甲苯，助表面 活性劑為正己醇、異丁醇或者正辛醇。

所述金屬可溶性鹽為金屬的氯化物、醋酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽或 異丙醇鹽；所述金屬元素為Co、Mn、Cu、Fe、V、Ti、Cr、Ni、Zn、 Zr、Al中的一種或一種以上；所述有機硅烷中的有機基團為甲基、乙 基、丙基、乙烯基、氯丙烯基、萘基、苯基、三氟丙基、一氟苯基和 五氟苯基中的一種或一種以上。

本發明具有如下優點：

本發明制備的有機修飾的納米復合材料MeOg-SiO₂粒徑均勻，大 小可控(見圖1)。