[發(fā)明專利]一種合成多級有序孔道材料的普適方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201711435564.8
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108217661A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐聯(lián)賓;孫婷婷;陳建峰;黃燕;董靜;苑瑞雪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;C01B33/12;C01G53/00;B82Y40/00;B22F9/24;B22F9/22;B22F1/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種合成多級有序孔道材料的普適方法，屬于多孔材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法采用二氧化硅膠體晶體為大孔模板，填充在膠體晶體孔隙中的介孔二氧化硅為介孔模板。將此復合物模板浸泡到目標前驅(qū)體中，結(jié)合相應(yīng)的化學方法使介孔二氧化硅/蛋白石復合物填充金屬(如：Pt和Pd)，合金(如：Ni₂P)，碳基材料(如：碳和氮磷共摻雜碳)。之后氫氟酸刻蝕去除模板后得到相應(yīng)的多級有序孔道材料。本發(fā)明的特點在于制備流程安全，條件溫和綠色，通過改變模板浸泡的前驅(qū)體種類，可以合成各種有序多級孔道結(jié)構(gòu)材料。該類有序多級孔道結(jié)構(gòu)材料因其獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢可在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出一種合成多級有序孔道材料的普適方法，屬于多孔材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

有序介孔材料由于其獨特的結(jié)構(gòu)和性能，如比表面高，孔結(jié)構(gòu)可控，孔分布均一，以及良好的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注。制備有序介孔材料通常采用基于硬模板(如介孔二氧化硅和碳)或者軟模板(如非離子表面活性劑)的模板技術(shù)。相比于軟模板法，硬模板法(納米鑄造技術(shù))是一種合成有序介孔材料的更具吸引力的方法，可被廣泛用于合成多種有序介孔材料，如金屬，碳，金屬氧化物，金屬氮化物，金屬硫化物

通過在在介孔材料中引入大孔結(jié)構(gòu)從而構(gòu)建結(jié)合了相互連通的大孔和介孔的多級孔道結(jié)構(gòu)納米材料已被證明是提高介孔材料應(yīng)用性能的有效方法。這種多級孔道結(jié)構(gòu)材料中的大孔能夠促進物質(zhì)傳遞從而減少存在于單純介孔金屬中的擴散限制，同時介孔能夠增加材料的表面積。目前，制備多級孔道結(jié)構(gòu)材料的方法多種多樣，其中結(jié)合膠體晶體(蛋白石)模板(硬模板)和表面活性劑模板(軟模板)技術(shù)的雙模板合成策略是制備具有有序相互連通的大孔介孔結(jié)構(gòu)的多級孔道結(jié)構(gòu)材料的一個有效方法。因其在大孔和介孔尺寸的孔結(jié)構(gòu)的有序性和可調(diào)性，有序多級孔道材料(二氧化鈦，碳和金屬)已在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用中展現(xiàn)出顯著的性能優(yōu)勢，如催化，能量儲存和轉(zhuǎn)換，傳感，吸附，和脫附。然而，對于許多材料而言缺少合適的軟模板制備技術(shù)，同時對于大多數(shù)非硅前驅(qū)液而言，很難控制其水解和濃縮反應(yīng)而形成有序介孔結(jié)構(gòu)。因此，上述的硬模板和軟模板相結(jié)合的硬-軟-雙模板法的應(yīng)用受到限制。

本發(fā)明提出了一種新型的雙硬模板法作為一種合成多級有序孔道材料的普適方法。其制備過程簡單易行，條件溫和可控。該方法可通過改變浸泡模板的目標前驅(qū)體可控地制備多種多級有序孔道材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多級有序孔道結(jié)構(gòu)材料的普適制備方法。該方法使用二氧化硅蛋白石作為大孔模板，填充在蛋白石孔隙中的介孔二氧化硅作為介孔模板。通過這種雙硬模板法制備得到多級有序孔道結(jié)構(gòu)的金屬(如Pt，Pd)、合金(如Ni₂P)和碳基材料(如碳和氮磷共摻雜碳)。

本發(fā)明的特點在于所采用的制備過程簡單易行，條件溫和可控。可通過改變浸泡模板的目標前驅(qū)體可控地制備多種多級有序孔道材料。是合成有序多級孔道材料的普適方法。

一種合成多級有序孔道材料的普適方法，按下述步驟制備：

(1)利用Stobe制備單分散的二氧化硅微球：首先將質(zhì)量百分數(shù)為30％氨水、去離子水和無水乙醇攪拌混合，優(yōu)選其中質(zhì)量百分數(shù)為30％氨水、去離子水和無水乙醇的體積比20：7:150；然后加入混合均勻的正硅酸乙酯和無水乙醇的混合物，其中優(yōu)選，正硅酸乙酯和無水乙醇的體積比為1：15；正硅酸乙酯與質(zhì)量百分數(shù)為30％氨水的體積比為3:5，于室溫攪拌24小時，反應(yīng)結(jié)束后，利用乙醇和去離子水多次清洗，得到單分散微納米級的二氧化硅微球(如290nm)；

(2)將步驟(1)得到的單分散微納米級二氧化硅微球分散在無水乙醇中，經(jīng)過自然沉降自組裝成三維有序的二氧化硅膠體晶體，最后經(jīng)過750℃下煅燒得到燒結(jié)的二氧化硅膠體晶體蛋白石；