[發明專利]二維多孔氧化硅納米材料的仿生合成

有效

• 申請號: 201710085604.4
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN106745011B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 吳正穎;陳志剛;劉成寶;陳豐;崔如玉;錢君超
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;C02F1/28;C02F101/30;C02F103/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹毅

本發明提供了二維多孔氧化硅納米材料的仿生合成，包括以下步驟：第一步：采集具有天然薄片結構的植物花瓣，進行預處理；第二步：以正硅酸四乙酯與無水乙醇配置溶液，將經過預處理的植物花瓣浸漬于溶液中，花瓣與溶液充分接觸；第三步：取出浸漬后產物，經過清洗、干燥、馬弗爐煅燒和自然冷卻后取出，即得二維多孔氧化硅納米材料。本發明的二維多孔氧化硅納米材料的仿生合成，反應無需復雜的設備，所需化學原料種類少，價格便宜，花瓣模板來源廣泛、可再生、容易去除且對環境無污染，實驗可重復性好，且制備的材料具有較高的吸附性能和熱穩定性，應用這種材料進行有機染料廢水的凈化處理時，能有效吸附有機染料廢水。

技術領域

本發明涉及二維多孔氧化硅納米材料的仿生合成。

背景技術

多孔氧化硅材料具有大比表面積、高孔體積、良好的熱穩定性、低成本、無毒性以及合成簡單的優點，在吸附、催化、環境保護、藥物輸送等方面的應用中都表現出極大的潛力。傳統多孔氧化硅材料的合成通常以某些表面活性劑作為軟模板或結構導向劑來構建生成空隙結構。因此，多孔氧化硅材料可以通過控制反應條件或添加有機和無機助劑來控制合成材料的形貌，獲得棒狀，纖維狀，球體以及多面體等各式各樣的形貌。大多數關于多孔氧化硅的形貌調控都是在三維空間尺度下，還未有過二維多孔氧化硅材料合成的報道。

近年來由于石墨烯的發現與研究，厚度在納米尺度范圍以及橫向尺寸在亞微米至微米級的二維納米薄層材料吸引了眾多目光。二維材料與其三維結構相比性能截然不同，所以二維結構材料被寄希望于在電子、分離、催化和傳感器等各個領域的應用都能引起重大影響。但是目前很難在二維空間尺度精確控制納米多孔材料的生長。使用傳統的以表面活性劑為媒介自下而上的方法來合成二維納米多孔材料面臨極大挑戰。

與人工制造不同，自然界提供了許多具有不同精細結構的先進材料。大自然創造了大量具有分層多孔結構的各級生物組織，為合成材料復制結構打開了新機遇。事實上，生物模板法已經在各種不同結構形貌材料的合成中體現了它簡單和極具效率的優勢。例如利用硅藻，棉花，綠葉等作為模板合成材料，這些生物組織作為模板，可再生使用,易于清理,十分環保，并且在光電轉換，催化劑和傳感器等領域有著卓越的成效。這啟發了我們以植物花瓣作為模板，利用其細胞組織結構中天然的層狀結構，合成二維多孔氧化硅納米材料。

經對現有技術的文獻檢索，圍繞二維納米多孔材料的制備，未發現國內有專利報道，國際上也鮮有提及合成二維多孔氧化硅材料的報導，我們則首創以簡單的浸漬滲透法通過對植物花瓣細胞組織結構的復制，獲得了厚度在2.7納米左右的二維多孔氧化硅納米薄片材料。在此基礎上，我們致力于開發一種合成具有高吸附性能和強熱穩定性的二維多孔氧化硅納米材料的簡單方法，并將材料用于吸附處理有機染料廢水。

發明內容

要解決的技術問題：本發明的目的是提供一種成本低廉、工藝簡單，環保低碳且可持續的制備二維多孔氧化硅納米材料的方法。

為實現以上目的，本發明提供了一種二維多孔氧化硅納米材料的仿生合成，該方法的工藝簡單、靈活，成本低廉。以植物花瓣為模板，將硅源通過浸漬滲透的方法引入花瓣細胞組織結構中，復制花瓣的細胞壁，合成二維多孔氧化硅納米材料，材料的熱穩定性較強，不易團聚碎裂，對有機染料廢水有很好的吸附效果。

技術方案：二維多孔氧化硅納米材料的仿生合成，包括以下步驟：

第一步：采集具有天然薄片結構的植物花瓣，進行預處理；

第二步：以正硅酸四乙酯與無水乙醇配置硅源濃度為0.01-0.15 mol/L的溶液，將經過預處理的植物花瓣浸漬于溶液中72小時，花瓣與溶液充分接觸；

第三步：取出浸漬后產物，經過清洗、干燥、馬弗爐煅燒和自然冷卻后取出，即得二維多孔氧化硅納米材料。

進一步的，植物花瓣為山茶花、玫瑰花和月季花花瓣。