[發明專利]氧化物多孔材料及其普適性制備方法

有效

• 申請號: 201410414850.6
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN104150525A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 李本俠;郝勇敢;劉同宣;聶士斌;胡路陽
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;C01F17/00;C01G49/06;C01G23/053;C01B33/12
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，特別涉及一系列具有多尺度孔徑、三維連通孔道結構和分級形貌的氧化物多孔材料以及該類多孔材料的一種普適性制備方法。

背景技術

氧化物多孔材料具有比表面積高、相對密度低、重量輕、組成和孔徑可控、隔熱、隔音、滲透性好、優異的吸附性能和可調節的孔表面性質等特點，在吸附、分離、過濾、消音、隔熱、電磁屏蔽、能量儲存和轉化、藥物負載、催化反應和傳感器等諸多方面具有廣泛的用途。尤其當材料同時具備多尺度孔隙和分級結構形貌時，將顯著提高其在應用方面的整體性能。因此，發展一種簡單而有效的制備方法來控制合成氧化物多孔材料，是實現它們在這些領域應用的關鍵所在。制備多孔材料通常使用各種造孔試劑或硬模板，例如表面活性劑、多孔氧化鋁、聚苯乙烯納米球、多孔硅等。但是使用硬模板制備多孔材料，后處理非常復雜，易于引入異相雜質，而且所制備的材料通常不具有多尺度孔隙和分級結構形貌。

采用溶膠-凝膠法并加入有機分子作為造孔劑制備氧化物多孔材料，通過簡單煅燒處理即可使前驅體分解成氧化物且同時除去有機分子形成多孔結構；該類方法具有操作簡單、反應容易進行、原料廉價易得、普適性好等優點，具有廣闊的工業應用前景。但以前文獻和專利中所報道的相關制備方法大部分僅局限于某一種多孔氧化物的制備或者獲得的多孔氧化物不具有多尺度孔徑和分級結構形貌。本發明的創新點在于使用兩種不同分子鏈的有機聚合物來獲得多尺度孔隙，可以制備包括氧化鋅(ZnO)、氧化鈰(CeO₂)、氧化鐵(Fe₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)和氧化鈦(TiO₂)在內的一系列具有多尺度孔徑、三維連通孔道和分級結構形貌的氧化物多孔材料；所合成的多孔氧化物在微介孔區域有精細可調的孔尺寸、狹窄的孔徑分布、連通孔道、高比表面積，這類氧化物多孔材料在催化、能量儲存及轉化、傳感器等領域具有重要的用途。本專利所提出的制備方法和獲得的氧化物多孔結構目前還尚未見有其它文獻和專利報道。

發明內容

本發明的目的是提供一系列具有多尺度孔徑和三維連通孔道結構的氧化物多孔材料，以及該類多孔材料的一種普適性制備方法。

本發明所提供的氧化物多孔材料是由尺寸很小的納米顆粒組裝而成，同時擁有介孔和大孔，具有三維連通孔道和分級結構形貌，孔徑在1納米至20微米范圍，BET比表面積為10—753m²/g。

優選地，所述氧化物為ZnO、CeO₂、Fe₂O₃、SiO₂、TiO₂中的一種。

本發明所述多孔氧化物的一種普適性制備方法，包括如下步驟：

a.分別稱取三嵌段共聚物Pluronic?F127(分子式為EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆，EO為環氧乙烷，PO為環氧丙烷；平均分子量12600)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K90，平均分子量1300000)，兩者質量比為(0.5-1)：1，將其溶于由無水乙醇和冰醋酸組成的混合溶液中，攪拌形成均勻溶液；

b.向上述溶液中加入相應的氧化物前驅體，持續攪拌12-36h直至混合溶液形成凝膠狀固體，所述氧化物前驅體為經過煅燒后能夠轉化為氧化物的可溶性金屬鹽或其它化合物；

c.將所述凝膠狀固體在60-100℃溫度范圍內干燥；

d.將干燥后的固體放入馬弗爐中進行煅燒，得到多孔氧化物。

優選地，所述步驟a中無水乙醇與冰醋酸的體積比是5:2，加入冰醋酸可以促進Pluronic?F127的溶解，抑制前驅體水解。

優選地，所述步驟b中氧化物前驅體為六水合硝酸鋅、六水硝酸鈰、九水硝酸鐵、正硅酸乙酯、鈦酸四丁酯中的一種。

優選地，所述步驟a和b中，所述氧化物前驅體與PVP-K90用量按照(3-6mmol)：(0.4g)的比例。

優選地，所述步驟d中，所述煅燒溫度為450℃-700℃，煅燒時間為6-10h，煅燒時控制升溫速率為0.5℃-3℃/min。