[發明專利]一種金屬摻雜的中空介孔氧化硅納米球及其制備方法

有效

• 申請號: 201410789134.6
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN105776225B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 徐杰;陳佳志;路芳;張俊杰;于維強;高進;苗虹
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

1.一種金屬摻雜的中空介孔氧化硅納米球，其特征在于：該納米球具有均一的二維六方孔道結構，粒徑60-200 nm，空腔直徑大小為40-180 nm，球壁厚為10-30 nm，孔徑分布為2.0-4.0 nm，比表面積600-1600 m²·g^-1，孔容為2.0-4.0 cm³·g^-1；摻雜金屬元素為周期表中IIIA、IVA、VA、過渡金屬及稀土金屬的元素中的一種或二種以上，其與硅原子的摩爾數之比為0.01-0.5。

2.按照權利要求1所述金屬摻雜的中空介孔氧化硅納米球，其特征在于：所述摻雜金屬元素為Al、Sn、Bi、Ti、Zr、V、Nb、Ta、W、Mo、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ce、Eu、Tb中的一種或二種以上；其中摻雜金屬元素的摩爾數總和與硅原子的摩爾數之比為0.01-0.2。

3.按照權利要求1所述金屬摻雜的中空介孔氧化硅納米球，其特征在于：

所述二維六方孔道結構是指六方相的平行介孔孔道貫穿于中空納米球壁的結構。

4.一種權利要求1、2或3所述金屬摻雜的中空介孔氧化硅納米球的制備方法，其特征在于：

以有機金屬化合物或金屬無機鹽中的一種或二種以上為金屬源（M），有機硅酸酯為硅源（Si），以含C₁₂-C₁₈烷基的長鏈有機季銨鹽為表面活性劑，以堿性介質調節水溶液pH值，包括下述步驟：

（1）將表面活性劑溶于去離子水中，并用堿性介質調節溶液pH值；

（2）調節反應溫度，配制硅源的稀溶液A加入至步驟(1)所得的溶液中，攪拌反應；

（3）再加入硅源的濃溶液B，攪拌反應；

（4）調節反應溫度，再加入金屬源溶液，攪拌后陳化處理；

（5）過濾，洗滌，干燥后進行焙燒處理；

所述硅源的稀溶液A的濃度為0.1-0.5 mol·L^-1；所述硅源的濃溶液B的濃度為0.5-2.5 mol·L^-1。

5.按照權利要求4所述的方法，其特征在于：

所述金屬源中金屬元素為周期表中IIIA、IVA、VA、過渡金屬及稀土金屬的元素中的一種或二種以上；

所述硅源選自下述物質中的一種或二種以上：正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丁酯；

所述堿性介質為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水中的一種或二種以上；調節的水溶液pH值范圍為8-14。

6.按照權利要求4或5所述的方法，其特征在于：

所述金屬源選自下述物質中的一種或二種以上：異丙醇鋁、硫酸鋁、四氯化錫、硝酸鉍、正丙醇鋯、鈦酸四丁酯、四氯化鈦、偏釩酸銨、五氯化鈮、五乙氧基鈮、五氯化鉭、六氯化鎢、鉬酸銨、乙酸錳、氯化鐵、乙酸鈷、乙酸銅、乙酸鋅、硝酸鈰、硝酸銪或硝酸鋱。

7.按照權利要求4所述的方法，其特征在于：所述表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、十六烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨（DTAC）或十八烷基三甲基氯化銨（STAC）中的一種或二種以上。

8.按照權利要求4或7所述的方法，其特征在于：最終的反應體系中所述表面活性劑與所述硅源中硅的摩爾數之比為0.05-1.0。

9.按照權利要求4所述的方法，其特征在于：所述硅源的稀溶液A和濃溶液B以及所述金屬源溶液的溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇和丁醇中的一種或二種以上；

稀溶液A與濃溶液B的用量體積比例為0.1-10；

所述金屬源溶液的濃度范圍為0.05-2.5 mol·L^-1。

10.按照權利要求4所述的方法，其特征在于：

在步驟（1）中，表面活性劑溶于去離子水后的質量濃度0.3-10 g·L^-1；

在步驟（2）中，所述反應溫度為20-70 ^oC，所述攪拌反應的時間為1-12小時；

在步驟（3）中，所述攪拌反應的時間為0.1-10小時；

在步驟（4）中，所述反應溫度為20-200 ^oC，所述攪拌反應的時間選0.5-5小時；所述陳化時間為1-72小時；

在步驟（5）中，所述焙燒溫度為300-650 ^oC；所述焙燒時間為1-24小時。