[發(fā)明專利]一種具有MCM-41分子篩結(jié)構(gòu)的有序介孔硅納米材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310059792.5
• 申請(qǐng)日: 2013-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN103073017A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張艷華;楊宏濤;鄧瑩;程江;陳慧;葉小舟;鄭舒;涂銘旌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶文理學(xué)院
• 主分類號(hào): C01B39/02
• 分類號(hào): C01B39/02;C01B33/021;B82Y30/00
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責(zé)任公司 50209
• 代理人: 李靖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有MCM-41型分子篩結(jié)構(gòu)的有序介孔硅納米材料及制備方法。

背景技術(shù)

?MCM-41介孔分子篩，是20世紀(jì)90年代初期美國Mobil公司Beck等人制備的新型分子篩M41S?體系的典型代表，它具有一維六方有序排列的孔道結(jié)構(gòu)，孔徑均勻，孔徑尺寸可隨合成條件的不同在1.5~10?nm之間變化，并能通過簡單地改變合成條件來精細(xì)調(diào)節(jié)和控制材料的孔徑、微觀形貌、強(qiáng)度甚至表面酸性。由于規(guī)整介孔結(jié)構(gòu)的存在使得材料具有很高的比表面積(>?1000?m²/?g)和孔體積(>?0.?7?cm³/g)，較大的孔道突破了以往微孔沸石分子篩孔徑不超過1?nm的界限，更有利于有機(jī)分子的快速擴(kuò)散，從而為大分子反應(yīng)提供了廣闊的有效空間和高效的酸性催化活性，因此在石油化工的分離過程中和酸催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。介孔材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和由此帶來的優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，促使人們?nèi)ラ_發(fā)具有多種具有不同形貌和組成的介孔材料。

硅是性能優(yōu)異的半導(dǎo)體材料,在微電子領(lǐng)域、光電子、光催化、生物化學(xué)和生物傳感等領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。多孔硅(porous?silicon)是一種具有納米多孔結(jié)構(gòu)的材料，不僅具有多孔材料的通性，同時(shí)又具備了半導(dǎo)體材料的特質(zhì)，具有比表面積大、生物活性高、可光致發(fā)光和電致發(fā)光等特征，因此是一種優(yōu)異功能性材料，可望用于照明材料、太陽能電池、光學(xué)器件、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。迄今為止，關(guān)于多孔硅的研究大多集中于海綿狀多孔硅的制備和性質(zhì)研究，材料內(nèi)多孔結(jié)構(gòu)尺寸不一，孔道不規(guī)整。將介孔分子篩規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)引入到多孔硅材料中，尺寸均一且可調(diào)的孔徑和厚度均勻的孔壁可以大大提高材料的比表面積和孔體積，對(duì)并預(yù)期對(duì)材料的發(fā)光性質(zhì)有明顯的改善，因此制備具有規(guī)整孔道和均一孔徑的介孔單質(zhì)硅材料具有重要的研究意義。

目前，關(guān)于介孔單質(zhì)硅的研究較少，制備方法主要有電化學(xué)腐蝕單晶硅、超聲等，這些方法不利于有效的控制產(chǎn)物孔尺寸和結(jié)構(gòu)，制備過程繁瑣且使用毒性試劑，產(chǎn)物產(chǎn)量極低等。鎂熱還原法是一種利用單質(zhì)鎂粉或者鎂帶還原金屬或非金屬的化合物來制取其單質(zhì)或合金的過程，反應(yīng)條件溫和，可以使得初始反應(yīng)物的微觀結(jié)構(gòu)在整個(gè)反應(yīng)過程中得以保持直至保留到最終產(chǎn)物中，且反應(yīng)過程簡單，反應(yīng)過程的中間產(chǎn)物只需通過簡單的處理即可除去。目前，鎂熱還原法在材料制備領(lǐng)域具有很重要的地位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有MCM-41分子篩型規(guī)整介孔孔道和均一孔徑的單質(zhì)硅多孔材料及制備方法，使多孔硅納米材料的形貌和結(jié)構(gòu)更加多樣化。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，首先以制備MCM-41介孔氧化硅分子篩，通過改變反應(yīng)物配比調(diào)節(jié)所得MCM-41介孔氧化硅分子篩的孔徑尺寸、孔壁厚度以及顆粒大小，然后在較低溫度下，將MCM-41介孔氧化硅分子篩與鎂粉進(jìn)行反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)式????????????????????????????????????????????????，生成一種具有MCM-41分子篩型規(guī)整介孔孔道結(jié)構(gòu)和均一孔徑的介孔硅納米材料，具體包括以下步驟：

（1）?攪拌條件下，將1-2?g?陽離子表面活性劑CTAB?加入到裝有3.5-7?ml?NaOH?（2?M）?和480?ml?超純水的細(xì)口瓶中，持續(xù)攪拌30?min；

（2）?將5-9?ml?TEOS?滴加到上述溶液中，升溫至80?°C?繼續(xù)攪拌30?min，得到白色半透明凝膠；

（3）?將上述所得白色凝膠狀物質(zhì)直接用去離子水洗滌抽干，90?oC?干燥過夜后放入馬弗爐中，以2?oC/min?的升溫速率升溫至450-600?oC?焙燒5?h?后得到顆粒狀MCM-4介孔氧化硅分子篩；

（4）室溫下，將所得的MCM-4介孔氧化硅分子篩與Mg粉按照摩爾比1:?2.5~4放入管式爐中，通惰性氣體一段時(shí)間后，以一定升溫速率升溫至650~750?℃保持2-3?h，后降至室溫；

（5）將所得還原產(chǎn)物用稀酸浸泡6?h除去還原過程中產(chǎn)生的氧化鎂，即得到具有MCM-41分子篩型規(guī)整介孔孔道結(jié)構(gòu)和均一孔徑的介孔硅納米材料。

本發(fā)明中，所述惰性氣氛為氮?dú)饣驓鍤獾囊环N。

本發(fā)明中，所述升溫速率為5?℃/min?或?10?℃/min。

本發(fā)明中，所述稀酸溶液為1-2M的稀鹽酸或者稀硫酸的一種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：