[發(fā)明專利]一種具二維孔道結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110315075.5
• 申請(qǐng)日: 2011-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN102515136A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉玉榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶文理學(xué)院
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;C01B33/12;B82Y40/00;C08L61/06;C08K3/36;C08J9/26
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責(zé)任公司 50209
• 代理人: 周韶紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有二維立方p6m孔道結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

有序介孔材料是以表面活性劑分子聚集體為模板，通過有機(jī)物和無機(jī)物之間的界面相互作用組裝而成的孔道結(jié)構(gòu)規(guī)則、孔徑介于2～50nm的多孔材料。介孔材料具有如下優(yōu)越特征：①長程即介觀水平結(jié)構(gòu)有序的孔道結(jié)構(gòu)；②孔徑分布狹窄，孔徑大小可以連續(xù)可調(diào)；③通過優(yōu)化合成條件或進(jìn)行后處理，可具有很好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性；④極高的比表面積，可高達(dá)600～2000m²/g；⑤顆粒具有規(guī)則外形，且可在微米尺度內(nèi)保持高度的孔道有序性；⑥孔隙率高；⑦表面富含不飽和基團(tuán)。上述特征使其在吸附、催化、分離、電化學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

介孔納米復(fù)合材料不僅具有有機(jī)組分的柔韌性、疏水和易官能化等特點(diǎn)，同時(shí)還具有無機(jī)組分高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等性能。介孔碳/氧化硅納米復(fù)合材料是一種重要的介孔納米復(fù)合材料，比單一介孔碳或介孔氧化硅材料具有更加優(yōu)良的熱、導(dǎo)電、機(jī)械和化學(xué)性能等。同時(shí)，體系中的氧化硅組分可以有效克服單純有機(jī)體系碳化過程中骨架收縮嚴(yán)重、孔徑小、比表面積低的缺點(diǎn)。介孔碳/氧化硅納米復(fù)合材料的重要用途之一是用來制備大孔徑、骨架穩(wěn)定性高的介孔碳材料。

目前，介孔碳/氧化硅納米復(fù)合材料的合成方法主要有介孔氧化硅的表面官能化、后嫁接法和三元共組裝方法。介孔氧化硅的表面官能化方法是利用含有機(jī)官能團(tuán)的硅源或特殊的表面活性劑合成表面官能化的介孔有機(jī)氧化硅，而后進(jìn)一步碳化的方法，此法中硅試劑和表面活性劑原料價(jià)格昂貴并且難以合成，不利于大批量生產(chǎn)；后嫁接法是在介孔氧化硅材料中填充聚合物或碳，而后進(jìn)行碳化的方法，該方法操作繁瑣、不經(jīng)濟(jì)，而且聚合過程很難控制，容易造成孔道堵塞；三元共組裝法是復(fù)旦大學(xué)2006年報(bào)道的方法，首先通過商品化的三嵌段共聚物、正硅酸乙酯和酚醛樹脂預(yù)聚體的三元共組裝合成介孔高分子/氧化硅納米復(fù)合材料。上述方法都采用了昂貴的硅試劑作為硅源，因此存在成本高、步驟多、不易工業(yè)化等缺點(diǎn)。

有機(jī)硅表面活性劑是一類性能優(yōu)良的表面活性劑，具有許多傳統(tǒng)表面活性劑不可比擬的優(yōu)越性能。三嵌段共聚物PEO-PDMS-PEO(聚氧乙烯-聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯)是由聚醚鏈段和聚硅氧烷鏈段通過化學(xué)鍵連接而成的一類非離子型硅表面活性劑。其中，PDMS鏈段為疏水基，賦予產(chǎn)品優(yōu)良的耐溫、抗老化、電絕緣、柔軟等性能，而PEO鏈段為親水基，使產(chǎn)品具有良好的表面活性。因此，PEO-PDMS-PEO嵌段共聚物具有降低液體表面張力、潤濕、分散、乳化和柔軟等多種功能。PEO-PDMS-PEO嵌段共聚物的優(yōu)異性能使其在介孔材料合成方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，然而將PEO-PDMS-PEO嵌段共聚物用于介孔材料合成方面并未見文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有二維孔道結(jié)構(gòu)的介孔納米復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種具二維孔道結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料，其特征在于：它是采用三嵌段共聚物PEO-PDMS-PEO為模板劑，酚醛樹脂預(yù)聚體Resol為碳源前驅(qū)體，進(jìn)行混合、反應(yīng)得As-made中間體，再經(jīng)焙燒制得；所述模板劑PEO-PDMS-PEO和碳源前驅(qū)體Resol的質(zhì)量比為1∶1.7～2.6，所述As-made中間體，其小角X射線散射(SAXS)圖譜中，具有10、11和20晶面衍射峰，所述衍射峰的q值比為

上述模板劑PEO-PDMS-PEO和碳源前驅(qū)體Resol的質(zhì)量比優(yōu)選為1∶2。

上述As-made中間體，它具有如圖1中a所示的小角X射線散射曲線。

上述具二維孔道結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料的氮?dú)馕?脫附等溫線具有IV型氮?dú)馕角€和H1型滯后環(huán)。

上述具二維孔道結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：將三嵌段共聚物PEO-PDMS-PEO的溶液與酚醛樹脂預(yù)聚體Resol溶液混合、烘干反應(yīng)，所述模板劑PEO-PDMS-PEO和碳源前驅(qū)體Resol的質(zhì)量比為1∶1.7～2.6，再經(jīng)焙燒制得具二維孔道結(jié)構(gòu)的介孔高分子或碳/氧化硅納米復(fù)合材料；所述烘干時(shí)間為20～30h，溫度為80～100℃。

上述焙燒，在300～450℃焙燒2～4h得到二維有序介孔高分子/氧化硅納米復(fù)合材料，在800～950℃溫度范圍內(nèi)焙燒1.5～3h得到二維有序介孔碳/氧化硅納米復(fù)合材料。