[發(fā)明專利]一種毫米級多孔二氧化硅/碳雜化球的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810223516.0
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN108408717B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李娃;尹強(qiáng);張帥;盧春林;張?jiān)仆?/a>;蘇琳;朱方華;徐嘉靖;王宇光;吳小軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: C01B32/168
• 分類號: C01B32/168;C01B32/174;C01B32/194;C01B32/15
• 代理公司: 11369 北京遠(yuǎn)大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 卞靜靜

本發(fā)明公開了一種毫米級多孔二氧化硅/碳雜化球的制備方法，在合成步驟中采用“油包水”的自組裝法，以F127和CTAB為共模板劑，液體石蠟為油相，以含碳材料的二氧化硅膠體為水相，反應(yīng)體系簡單易行、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)率高，為合成毫米級多孔二氧化硅/碳雜化球提供了新思路；制備的毫米級多孔二氧化硅/碳雜化球具有共價(jià)硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，模板劑轉(zhuǎn)化的碳與碳納米材料組成的共價(jià)碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)摻雜于共價(jià)硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，形成碳?二氧化硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得該材料集成了二氧化硅及模板劑轉(zhuǎn)化的碳與碳納米材料組成的共價(jià)碳網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)；另外，毫米級多孔二氧化硅/碳雜化球具有多級孔結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，在吸附、催化、電化學(xué)和生物工程等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)多孔材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種毫米級多孔二氧化硅/碳雜化球的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，多孔材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性及形貌(巨大的比表面積、大量納米孔道結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)空曠、良好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性)被廣泛應(yīng)用于光、電、磁、催化、生物醫(yī)藥、傳感和納米工程等領(lǐng)域，而二氧化硅/碳復(fù)合材料同時(shí)兼得兩者的優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的化學(xué)工作者的關(guān)注。

目前，合成二氧化硅/碳復(fù)合材料的方法有很多：如中國專利CN106058179A和CN100515937C，采用溶膠凝膠法制備得到碳納米管/納米二氧化硅復(fù)合材料；中國專利CN105175781A，采用化學(xué)接枝手段，促使表面修飾的氨基化二氧化硅和氧化處理的羧基化碳納米管進(jìn)行反應(yīng)生成酰胺鍵，進(jìn)一步制備得到二氧化硅修飾的碳納米管復(fù)合材料，并提出用于樹脂、橡膠等高分子改性制備高性能納米復(fù)合材料，但該方法制備出的二氧化硅/碳復(fù)合材料為粉體，并沒有成球；中國專利CN103101918A通過氣溶膠法或水熱法在單分散晶體二氧化硅球形顆粒表面包覆一層厚度均勻的碳層，從而獲得核-殼結(jié)構(gòu)的二氧化硅/碳顆粒，該顆粒尺寸在亞微米級，尺寸很小；現(xiàn)有的文獻(xiàn)中也公開了毫米級多孔二氧化硅球的制備(李娃，李鳳云，蔡強(qiáng)等.毫米級輕質(zhì)高強(qiáng)度多孔二氧化硅球的制備與表征,高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào),2015,9(36):1655-1660.)，在該文章中采用二氧化硅囊泡作為填充料，采用燒結(jié)溫度僅為將表面活性劑去除，獲取多級孔結(jié)構(gòu)。

可以看出，目前雖然在二氧化硅/碳復(fù)合材料以及毫米級多孔球方面取得了一些進(jìn)展，但是已進(jìn)行的研究并為對毫米級二氧化硅/碳多孔雜化球進(jìn)行探索。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種毫米級多孔二氧化硅/碳雜化球的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將模板劑聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物和十六烷基三甲基溴化銨溶于醇/水混合體系中，充分混合均勻后加入濃鹽酸，20min～30min后再加入硅源，常溫下攪拌6h～24h，獲得透明的二氧化硅膠體Ⅰ；

步驟二、將碳納米材料溶于有機(jī)溶劑中，然后加入二氧化硅膠體Ⅰ，共混均勻后，獲得含碳納米材料的二氧化硅膠體Ⅱ，即水相W；

步驟三、將水相W逐滴滴入油相O液體石蠟中，80℃攪拌6h～12h，使水相W通過自組裝技術(shù)進(jìn)行懸浮聚合，水相W形成包覆油相O液體石蠟的多孔二氧化硅/碳雜化球前驅(qū)體；

步驟四、依次采用丙酮、無水乙醇、去離子水清洗置換包覆油相O液體石蠟的多孔二氧化硅/碳雜化球前驅(qū)體，之后對其進(jìn)行干燥，去除吸附的去離子水，得到多孔二氧化硅/碳雜化球前驅(qū)體；

步驟五、將獲得的多孔二氧化硅/碳雜化球前驅(qū)體在惰性氣氛中高溫碳化，得到多孔二氧化硅層緊密包覆表面活性劑轉(zhuǎn)化的碳及碳納米材料組成的共價(jià)碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，獲得所述毫米級多孔二氧化硅/碳雜化球。

優(yōu)選的是，所述步驟一中，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物：十六烷基三甲基溴化銨：硅源：濃鹽酸：醇：水為的質(zhì)量比為2～6:1:10～20:0.5～3:8～15:4～8。