专利名称：介孔二氧化硅球形纳米颗粒的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种介孔二氧化硅球形纳米颗粒的制备方法，具体涉及采用水热法制备介孔二氧化硅球形纳米颗粒。属于化学及无机材料类技术领域。
背景技术：
按照国际理论和应用化学联合会(IUPAC)的定义，介孔材料是指孔径介于2～50纳米之间的多孔性材料。它与微孔材料一样具有规整的孔结构，大的比表面积和孔容，但是孔径却可以在1.5至10nm之间进行调节，在涉及到大尺寸分子的催化反应或者吸附分离时，凸显其独特性。用模板法制备介孔材料，不仅制备条件相对简单，而且在材料的化学组成和外形控制等方面显得更加灵活。这些材料已经在催化、吸附分离等工业应用方面有着非常重要的作用，而且在光学、电子和生物等方面显示出诱人的科学研究价值和潜在的应用价值。可以应用于光催化剂、低介电常数材料、固体激光材料、敏感材料。
为了满足应用的需要，介孔材料还必须具有适当的外形，例如颗粒、薄膜、纤维、单块及特殊形状。介孔材料的制备条件比较宽松，因此可以用适当的方法控制材料的外形。通过对搅拌方式和速度的控制可以得到薄膜、纤维等形状的介孔材料。如文献(Robert I.Nooney，Dhanasekaran Thirunavukkarasu，et al.Synthesis of Nanoscale Mesoporous Silica Spheres with Controlled Particle Size.Chem.Mater.2002，14，4721-4728)所述，近几年来，介孔材料的外形控制方法有了很大的发展，然而，产物的形貌一般并不规则、匀称。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种介孔二氧化硅球形纳米颗粒的制备方法，操作简单，成本低，制得的纳米颗粒粒径小，外形规整，孔道均匀且高度有序。
为实现这样的目的，本发明的技术方案中，采用水热法制备介孔二氧化硅纳米颗粒。首先将溶剂、表面活性剂、硅源、催化剂的水溶液和醇类共溶剂按一定比例混合，制备成反应液。然后将搅拌均匀的反应溶液置入有不锈钢保护外壳的聚四氟乙烯反应器中，并置于鼓风烘箱中，升温反应后，将所得的溶液过滤洗涤，再经高温焙烧，即可获得大小均匀的球形的介孔二氧化硅纳米颗粒。
本发明的制备方法包括如下具体步骤①反应液的制备将去离子水(溶剂)、十六烷基三甲基溴化铵(表面活性剂)、正硅酸四乙酯(硅源)、催化剂的水溶液和醇类共溶剂混合均匀，各成分之间的摩尔比例为2486～1736∶0.123∶1∶0.63∶0～233，室温下搅拌几分钟。
②合成过程将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯的反应器中，将反应器放入不锈钢保护外壳内，然后置于鼓风烘箱中，升温至100～120℃，恒温反应12～24小时。
③后处理反应完成后，将反应器中的溶液过滤并用去离子水洗涤，将所得滤饼置于50℃的烘箱中干燥得到粉末，将粉末置于马弗炉中，升温至550℃并恒温6小时，即得球形的介孔二氧化硅纳米颗粒。
本发明制得的介孔二氧化硅纳米颗粒近似呈球形，粒径分布为50～80nm，孔径大约为3纳米，孔道长程有序。
本发明所述的催化剂的水溶液为氢氧化钠或氨水的水溶液，醇类共溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇或正丁醇。
本发明方法操作简单、成本低，生产周期较短。由于采用了醇作共溶剂，在合成的过程中缓和了表面活性剂胶束之间的作用力，使得孔道的排列高度有序；另一方面采用了碱溶液作催化剂，生成的胶束较短，导致生成的颗粒的粒径较小，均匀。本发明采用的水热法反应温度不高，反应原料便宜，生成的介孔二氧化硅颗粒粒径不超过100纳米，外形规整，大小均一，且孔道高度有序，孔径为3纳米
图1为本发明实施例1所得到的介孔二氧化硅纳米颗粒的透射电子显微镜照片。
图2为本发明实施例1所得到的介孔二氧化硅纳米颗粒的孔道的透射电子显微镜照片放大图。
图3为本发明实施例1所得到的介孔二氧化硅纳米颗粒的X-射线衍射图。
具体实施例方式下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1①在一个50ml的锥形瓶中，将0.35毫升2摩尔/升氢氧化钠水溶液、8毫升乙醇和0.05克十六烷基三甲基溴化铵、0.25毫升正硅酸四乙酯与40毫升去离子水混合。室温下搅拌30分钟。
②合成过程将上述混合溶液倒入约50毫升的聚四氟乙烯的反应器中，将反应器放入不锈钢保护外壳内，旋紧盖子。至于鼓风烘箱中，升温至100℃，恒温24小时。
③后处理反应完成后，将反应器中的溶液过滤并洗涤，将所得滤饼置于50℃的烘箱中干燥得到粉末，将粉末置于马弗炉中，升温至550℃并恒温6小时，所得粉末即为球形的介孔二氧化硅纳米颗粒。
所得到介孔二氧化硅纳米颗粒的透射电镜照片如图1，由图1可见所制备的介孔二氧化硅颗粒的粒径较均一，均不超过100纳米，为50-80纳米。纳米颗粒的发达的透射电镜照片如图2所示，从图中可以看出，孔径长程有序，孔径大约为3纳米。X-射线衍射谱图如图3所示，由图3可见四个衍射峰对应于p6mm结构的(100)、(110)、(200)和(210)四个面，反映了介孔颗粒具有长程有序的孔排列，同时由d值可以计算出孔的大小为3纳米。
实施例2①在一个50ml的锥形瓶中，将0.35毫升2摩尔/升的氢氧化钠水溶液、0.05克十六烷基三甲基溴化铵、0.25毫升正硅酸四乙酯与50毫升去离子水混合。室温下搅拌30分钟。
②合成过程将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯的反应器中，将反应器放入不锈钢保护外壳内，旋紧盖子。至于鼓风烘箱中，升温至120℃，恒温12小时。
③后处理反应完成后，将反应器中的溶液过滤并洗涤，将所得滤饼置于50℃的烘箱中干燥得到粉末，将粉末置于马弗炉中，升温至550℃并恒温6小时，所得粉末即为球形的介孔二氧化硅纳米颗粒。
实施例3①在一个50ml的锥形瓶中，将0.14克氢氧化钠粉末、8毫升正丁醇、0.05克十六烷基三甲基溴化铵和0.25毫升正硅酸四乙酯与40毫升去离子水混合。室温下搅拌30分钟。
②合成过程将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯的反应器中，将反应器放入不锈钢保护外壳内，旋紧盖子。至于鼓风烘箱中，升温至120℃，恒温24小时。
③后处理反应完成后，将反应器中的溶液过滤并洗涤，将所得滤饼置于50℃的烘箱中干燥得到粉末，将粉末置于马弗炉中，升温至550℃并恒温6小时，所得粉末即为球形的介孔二氧化硅纳米颗粒。
权利要求
1.一种介孔二氧化硅球形纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括如下步骤1)将去离子水、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸四乙酯、催化剂的水溶液和醇类共溶剂混合均匀制成反应液，各成分之间的摩尔比例为2486～1736∶0.123∶1∶0.63∶0～233；2)将上述混合反应液倒入有不锈钢保护外壳的聚四氟乙烯反应器中，然后置于鼓风烘箱中，升温至100～120℃，恒温反应12～24小时；3)反应完成后，将反应器中的溶液过滤、洗涤、干燥得到粉末，将粉末置于马弗炉中，升温至550℃并恒温6小时，即得球形的介孔二氧化硅纳米颗粒。
2.如权利要求1的介孔二氧化硅球形纳米颗粒的制备方法，其特征在于所述的催化剂的水溶液为氢氧化钠或氨水的水溶液，醇类共溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇或正丁醇。
全文摘要
一种介孔二氧化硅球形纳米颗粒的制备方法，首先将去离子水、十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸四乙酯、氢氧化钠或氨水的水溶液和醇类溶剂(包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇)按一定比例混合制备成反应液，然后将搅拌均匀的反应溶液置入有不锈钢保护外壳的聚四氟乙烯反应器中，并置于鼓风烘箱中，升温反应后，将所得的溶液过滤洗涤，再经高温焙烧，即可获得大小均匀的球形的介孔二氧化硅纳米颗粒。本发明方法操作简单、成本低，生产周期较短，制备的介孔二氧化硅颗粒粒径小而均匀，外形规整，且孔道高度有序。
文档编号C01B33/12GK1486929SQ0314217
公开日2004年4月7日 申请日期2003年8月12日 优先权日2003年8月12日
发明者张言波, 钱雪峰, 朱子康 申请人:上海交通大学