[發明專利]一種中空介孔殼層球形氧化硅材料的制備方法

無效

• 申請號: 200810013447.7
• 申請日: 2008-09-27
• 公開（公告）號: CN101683983A
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發明（設計）人: 張世剛;劉中民;許磊;劉紅超
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18
• 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

本發明涉及中空介孔殼層球形氧化硅材料，具體地說是一種中空介孔殼層球形氧化硅材料的制備方法。

背景技術

1992年Mobil公司首次報道了高比表面積、高有序度的M41S系列介孔材料(U.S.Patent5057296；U.S.Patent5098684；Nature，1992，359：710)以來，不同形貌介孔材料的合成及其在催化、分離、傳感器、微電極及半導體材料等方面的應用受到了普遍的關注。通常材料的結構形貌對其應用有重要的影響，殼層具有單一孔徑分布的中空的球形材料不僅可以大幅度提高客體分子的裝載量，而且更有利于客體分子的內外傳輸，同時由于單一的孔道限制作用，可以起到明顯的選擇分離吸附作用。

在硬模板合成核殼結構材料的研究中，由于核大小的可控性及表面性質的可調性，聚苯乙烯球作為硬模板受到了研究者的關注。Zhu等(JACS，2001，173：7723)利用磺化處理過的聚苯乙烯微球(PS)為模板，在其外表面自組裝形成一層二氧化硅介孔球，經培燒除去PS制得空心核殼結構的氧化硅球。Yoon等(Current?applied?physics2006，6：1059)以PS為模板，在酸性條件下使得正硅酸乙酯(TEOS)在其表面水解自組裝，去除模板后制得中空介孔球形氧化硅材料。然而，在堿性條件下，以CTAB和未經處理PS為雙模板制備殼層具有有序孔道結構的中空氧化硅材料未見報道。

本發明是在乙醇和水的混合溶劑中，以陽離子表面活性劑作為結構導向劑，使得無機硅材料在聚苯乙烯球表面自組裝成具有介孔結構均勻氧化硅球，經高溫焙燒去除模板劑，制得一種亞微米到微米、尺寸均勻、具有介孔殼層的中空氧化硅球。本發明所采用的合成條件溫和、操作簡單、最終得到的球形材料分散性好。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單，條件溫和的中空介孔殼層球形氧化硅材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案是以聚苯乙烯球和十六烷基三甲基溴化銨為雙模板，在乙醇水溶液中，以氨水為水解催化劑，使得無機硅材料在聚苯乙烯球表面自組裝成具有介孔結構有均勻球，經高溫焙燒制得亞微米到微米、尺寸均勻、中空介孔殼層球形氧化硅材料。

本發明提供的制備上述中空介孔殼層球形氧化硅材料的方法，其步驟為：

1、在5-80℃條件下，將0.5-10g聚苯乙烯樹脂球分散于10-100mL乙醇及10-100mL去離子水中，超聲攪拌5-30min；

2、將0.001-0.2mol十六烷基三甲基溴化銨溶于上述體系中，攪拌30min；

3、將氨水1-20mL加入到上述2的體系中，攪拌5min；

4、將1-10mL?TEOS加入到上述3的體系中，攪拌2-24h；

5、將上述反應液過濾得到白色粉末，用水和乙醇分別洗滌3-5次，然后20-50℃條件下干燥；

6、將干燥得到白色粉末，在500-800℃下培燒4-7h，得到均勻的具有介孔殼層結構的中空氧化硅材料。

所制備的材料的比表面積為800-2000m²/g，孔徑為1.8-3.5nm，孔容為0.5-0.8mL/g；其是球心中空、球壁具有蠕蟲狀介孔的三維材料。

本發明涉及的介孔殼層中空的氧化硅球材料及其制備方法具有以下特點：

氧化硅球的殼層為規整的介孔結構；

氧化硅材料的殼層孔道分布均勻；

空心結構的核大小和殼層的厚度可以靈活的調節；

這種空心結構有利于客體分子的傳輸和選擇，提高客體分子的儲藏量和實現選擇儲藏和釋放；

空心球形材料的分散性良好；

本制備方法是在堿性條件下，常溫常壓下可以一步直接實現，制備工藝簡單，條件溫和。

附圖說明

圖1為實施例制備的材料的焙燒前后的小角度X射線衍射譜圖；

圖2為實例1所得材料焙燒前掃描電鏡照片；

圖3為實例1所得材料焙燒后掃描電鏡照片；

圖4為實例1所得材料焙燒后的透射電鏡照片；

圖5為實例1所得材料焙燒后表面的透射電鏡照片。

具體實施方式

本發明結合以下實例作進一步的說明，但本發明的內容不僅限于實例中所涉及的內容。

實施例1