[發明專利]一種單分散、小尺寸的二氧化硅納米粒子的制備方法

有效

• 申請號: 201710152040.1
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106829974B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 楊文勝;韓延東;汪大洋
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種單分散、小尺寸的二氧化硅納米粒子的制備方法，屬于納米粒子制備技術領域。其是在醇、水溶劑體系中，加入烷基硅酸酯、一水合氫氧化鋰和其它堿性化合物，氫氧化鋰與其他堿性化合物的質量用量比為1：0～650；然后在20～50℃、100～500rpm攪拌條件下，反應1～8小時；反應結束后將反應溶液離心去上清，離心產物先水洗1～2遍，再用與前面所使用的相同醇溶劑洗2～3遍，之后在50～80℃下將產物烘干，從而得到純凈的單分散、小尺寸(3～200nm)的二氧化硅粒子。本發明制備二氧化硅納米粒子由一步原位生長，不需多步注入硅源或額外引入種子等方法，更無需引入其他雜質(如陽離子、陰離子、中性等各種表面活性劑)，因此，該制備方法更為簡單、產物更容易純化。

技術領域

本發明屬于納米粒子制備技術領域，具體涉及一種單分散、小尺寸的二氧化硅納米粒子的制備方法。

背景技術

二氧化硅粒子在多相催化、成膜、凝膠、拋光、高性能制陶技術及色譜填充等領域具有廣泛的應用前景。傳統的二氧化硅粒子制備廣泛地采用方法(J.ColloidInterface Sci.1968,26,62-69)。該方法一般是在醇、水混合溶劑中，以不同濃度的氨水作為催化劑，經正硅酸四乙酯水解、縮合制備出球形的二氧化硅粒子。該方法制備的二氧化硅粒子尺寸范圍一般在10～500nm可調(J.Colloid Interface Sci.1992,154,481-501)，得到的大尺寸粒子(>200nm)其粒徑較為均一，而小尺寸粒子(<200nm)單分散性較差(J.Eur.Ceram.Soc.1994,14,205-214)。為了實現單分散、小尺寸的二氧化硅粒子的簡便、有效制備，研究者們發展了多種制備方法。Arriagada等人利用反相微乳液法，制備了粒徑均一、尺寸在30～60nm可調的二氧化硅粒子(J.Colloid Interface Sci.1999,221,210-220)；曹傲也提出利用反相微乳液法，制備尺寸在20～200nm之間可調的單分散二氧化硅粒子(中國發明專利公開號：CN 101913611A)。但反相微乳液法，需大量使用難于去除的表面活性劑，往往會對粒子性質產生不利影響。Tsapatsis等人提出以堿性生物分子(如賴氨酸或精氨酸)作為催化劑，在正硅酸四乙酯與水構成的兩相乳液體系中經水解、縮合，得到尺寸為5nm左右的二氧化硅粒子(Chem.Mater.2006,18,5814-5816；Pub.No.：US 2008/0213883A1)，該技術反應時間需要24小時以上，且由于所使用兩相體系的不穩定性，難于對粒子的尺寸進行調控。Yokoi等人對賴氨酸催化制備二氧化硅粒子的方法進行了改進，以辛烷和水構成較為穩定的兩相體系，通過調控pH值，制備出粒徑均一、尺寸在12～44nm之間可調的二氧化硅粒子(J.Am.Chem.Soc.2006,128,13664-13665；Chem.Mater.2009,21,3719-3729；Pub.No.：US 2008/0311397A1；Pub.No.：US 2011/0151260A1)。由于賴氨酸和硅酸分子間較強的靜電相互作用，無論是使用D型賴氨酸、L型賴氨酸或是其混合物都無法在更大尺寸范圍內對粒子尺寸進行調控。為了解決這一問題Kitaev等人提出將賴氨酸法合成的二氧化硅粒子作為種子，利用再生長的方法得到尺寸在15～200nm可調的二氧化硅粒子(Langmuir 2008,24,1714-1720)，但該方法在規模化生產中很難避免二次或多次成核，粒子多分散度值較高，對粒子均一性將產生不利影響。

粒子多分散度是粒子尺寸分布寬窄的一個量度，可用粒子尺寸偏差來表示，其常規計算方法是從透射電鏡照片中，選取200個以上的粒子，分別測量其粒徑尺寸，然后計算其尺寸偏差(J.Colloid Interface Sci.2000,232,102-110)。偏差越小，表明粒子尺寸分布越窄，粒徑更為均一，對應的粒子多分散度值越低。當粒子多分散度值<5％時，就認為粒子是單分散的(Langmuir 2008,24,1714-1720.)。

發明內容