专利名称：一种同时制备多级结构介孔二氧化硅和碳纳米材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法。属于介孔纳米材料制备领域。
背景技术：
自20世纪40年代发现天然多孔材料的优越性以来，人们就开始人工合成多孔材科。根据国际纯粹和应用化学联合会(International Union of Pure and AppliedChemistry, IUPAC)的定义,多孔材料可分为微孔材料、介孔材料和大孔材料,孔径介于2 50nm的孔为介孔。1992年MOBIL公司首次使用烷基季铵盐型阳离子表面活性剂作为模板剂成功合成出M41S介孔材料(MCM-41、MCM-48、MCM-50)，从而将多孔材料从微孔扩展到介孔，且在微孔材料(如沸石)与大孔材料(如活性碳)之间架起了座桥粱。介孔材料，如ニ氧化硅和碳材料，由于其大的比表面积和孔体积，良好的热稳定性和一定的水热稳定性，以及可修饰的表面性质、可调控的宏观形态以及无生理毒性等诸多优点，在多相催化、吸附及色谱分离、化学传感器、生物医学和高等无机材料等研究領域都展现出传统无机多孔材料所无法比拟的优越性和广阔的应用前景。近年来，由于多级结构微纳米材料具有的很多优异性能，设计和制备具有多级结构的微纳米材料得到了很多研究者的重视。到目前为止，ー些具有奇特多级结构的介孔ニ氧化娃和碳材料已被报道，例如空心介孔球，具有多层介孔壳结构的微球，蛋壳-蛋黄结构介孔球，多级介孔结构微球，以及其他非球形多级结构。由于这些材料同时具备介孔材料的各项优点，而被广泛地应用在药物运输，生物成像，水处理，催化剂载体，硬模板以及电极材料等很多方面。多级结构介孔ニ氧化硅材料一般用硬模板和软模板的方法制备，然而硬模板的方法通常步骤较多，比较繁琐费时(J. Mater. Chem.，2011，21，5290. ；Adv. Mater. ,2010,22,838. ；J. Phys. Chem. G，2011，115，17717.)，而软模板的方法所得到的材料通常形貌不均一(Chem. Commun. , 2008, 2629. ； J. Am. Chem. Soc. , 2007,129,14576. ； J. Am. Chem. Soc. , 2010,132，15144.)。对于多级结构的介孔碳材料来说，目前的制备方法还基本停留在硬模板的方法，其他包括软模板在内的简单的制备方法还少有报道。此外，传统的制备方法一般都是ー次只能制备出ー种材质，且此材料具有単一特定的形貌，例如空心球形或管状的介孔材料。因此，发明一种简单，有效的可以大量地制备多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的方法，对于这类材料的应用，具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有多级结构介孔材料制备技术中方法步骤较多，比较 繁琐费时，且一次只能制备ー种材料的问题，提供一种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，包括如下步骤步骤ー制备反应溶液将水和醇类混合配制成反应溶剤；向反应溶剂中加入催化剂碱、反应试剂间苯ニ酚以及表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB);在室温下搅拌后，加入反应试剂甲醛溶液和四こ氧基硅烷(TEOS)，得到混合溶液；其中间苯ニ酚与甲醛溶液反应后可生成聚合物酚醛树脂，四こ氧基硅烷(TEOS)水解成ニ氧化硅；步骤ニ 制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体将步骤一制得的混合溶液在室温下继续搅拌，然后将混合溶液转移到密封的反应容器中进行水热处理后，去除上层清液得到沉淀物，干燥后得到固体粉末；所得固体粉末即为聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂(CTAB)的复合体。 步骤三高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体将步骤ニ得到的固体粉末在惰性气体保护下高温煅烧使其碳化，得到黒色固体粉末，即为碳材料和ニ氧化硅的复合体。步骤四多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得将步骤三得到的黒色固体粉末用氟化氢水溶液或强碱溶液浸泡，去除ニ氧化硅，得到多级结构介孔碳材料。将步骤ニ所得的固体粉末或步骤三所得的黒色固体粉末在空气中高温煅烧即得到多级结构介孔ニ氧化硅材料。步骤一所述的醇类为一切碳原子数小于5的醇类，如甲醇，こ醇，正丙醇，异丙醇，正丁醇，异戊醇等，优选为こ醇。步骤一所述的水和醇类混合配制成反应溶剂，其中醇类和水的体积比为4 3
4 52。步骤一所述的催化剂碱为一切在水中能够电离产生氢氧根离子的试剂，如氢氧化钠，氨水溶液等。步骤一所述的催化剂碱加入后，碱试剂在水和醇类反应溶剂中的质量浓度为O. 8 8g/L。步骤一所述的间苯ニ酚加入后，其在水和醇类反应溶剂中的质量浓度不大于3%。步骤一所述的CTAB加入后，其在水和醇类反应溶剂中的质量浓度不大于3%。步骤一所述的甲醛溶液的质量浓度不小于30%，加入甲醛溶液后间苯ニ酚和甲醛的摩尔比为I : I. 2 I : 2. 5。步骤一所述的TEOS的加入量与水和醇类反应溶剂的体积比可为O. 25 28 3 28，优选为 O. 5 28 2 28。步骤ニ所述的水热处理的温度为50 200°C，优选为60 120°C。步骤三所述的惰性气体可以是除了氧气以外的任何气体或不含氧气的混合气体。优选为氮气，氩气。步骤三、步骤四所述的高温煅烧的条件为，温度不小于300°C。温度优选为400 1500。。，步骤四所述的氟化氢水溶液或强碱溶液中所含溶质质量分数优选为5wt% 20wt %。
有益效果I、本发明的一种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，操作简单，成本较低，可实现大規模生产。2、本发明提供了一种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，通过调节水和醇类反应溶剂的配比可以得到不同形貌和结构的介孔ニ氧化硅和碳纳米材料。3、本发明所制备的材料可以被用于环境，生物，催化，传感器，光学和电学等各种领域。
图I为本发明制备方法的流程示意图；图2为实施例I中所制备的管状空心介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的扫描电镜(SEM)图和透射电镜(TEM)图；图3为实施例2中所制备的空心介孔ニ氧化硅微球和蛋壳-蛋黄结构(Rattle-type)介孔碳纳米微球的SEM图和TEM图；图4为实施例3中所制备的辐射介孔ニ氧化硅微球和空心介孔碳纳米微球的SEM图和TEM图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。实施例I利用本发明的制备体系制备管状空心介孔ニ氧化硅和碳纳米材料一、制备反应溶液I、在反应容器中，将4mLこ醇和24mL水混合配制成反应溶剂；向反应溶剂中加入
O.2mL质量浓度为25% 30%的氨水溶液、O. 2g间苯ニ酚以及O. 2gCTAB。2、将上述混合液在室温下搅拌30min，加入O. 28mL甲醛溶液和ImL TE0S。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体将步骤一制得的混合溶液在室温下继续搅拌24h，然后将混合溶液转移到密封的反应容器中在100 □ C温度下水热处理24h，然后去除上层清液得到沉淀物，干燥后得到固体粉末；所得固体粉末即为聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂(CTAB)的复合体。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体将步骤ニ得到的固体粉末在氮气保护下600 □ C高温煅烧4h使其碳化，得到黒色固体粉末。所得黒色固体粉末即为碳材料和ニ氧化硅的复合体。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、将步骤ニ所得的固体粉末或步骤三所得的黒色固体粉末在空气中600 □ C高温煅烧6h即得到管状空心介孔ニ氧化硅纳米材料。附图2中，(a)为其SEM图，(b，c)为其TEM 图。 2、将步骤三得到的黑色固体粉末用质量浓度为10%的氟化氢水溶液或强碱溶液浸泡，去除ニ氧化硅，得到管状空心介孔碳纳米材料。图2中，(d)为其SEM图，(e, f)为其TEM 图。
实施例2利用本发明的制备体系制备空心介孔ニ氧化硅微球和蛋壳-蛋黄结构(Rattle-type)介孔碳纳米微球—、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于将8mLこ醇和20mL水混合配制成反应溶剤。
2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的1，不同之处在于得到的是空心介孔ニ氧化硅微球。附图3中，(a)为其SEM图，(b，c)为其TEM图。2、同实施例I的步骤四的2，不同之处在于得到的是蛋壳-蛋黄结构(Rattle-type)介孔碳纳米微球。附图3中，(d)为其SEM图，(e, f)为其TEM图。实施例3利用本发明的制备体系制备辐射介孔ニ氧化硅微球和空心介孔碳纳米微球。—、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于将12mLこ醇和16mL水混合配制成反应溶剤。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的1，不同之处在于得到的是辐射介孔ニ氧化硅微球。附图4中，(a)为其SEM图，(b，c)为其TEM图。2、同实施例I的步骤四的2，不同之处在于得到的是空心介孔碳纳米微球。附图4中，(d)为其SEM图，(e, f)为其TEM图。实施例4—、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于将4mL异丙醇和24mL水混合配置成反应溶剤。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体
同实施例I的步骤三。
四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例5一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于将4mL异戊醇和24mL水混合配置成反应溶剤。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例6—、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于向反应溶剂中加入ImL质量浓度为25% 30%的氨水溶液、O. 2g间苯ニ酚以及O. 2g CTAB。2、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体ニ、高聚物/ ニ氧化硅/表面活性剂复合体的制备同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例7一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于向反应溶剂中加入O. ImL质量浓度为25% 30%的氨水溶液、O. 2g间苯ニ酚以及(λ 2g CTAB。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。
2、同实施例I的步骤四的2。实施例8一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于向反应溶剂中加入O. 5mL质量浓度为10%的氢氧化钠溶液、O. 2g间苯ニ酚以及O. 2g CTAB。2、同实施例I的步骤ー的2。
ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例9—、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。不同之处在于加入O. 36mL甲醛溶液和lmLTEOS。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例10一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。不同之处在于加入O. 16mL甲醛溶液和lmLTEOS。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例11一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于向反应溶剂中加入O. 2mL质量浓度为25% 30%的氨水溶液、O. 05g间苯ニ酚以及O. 2g CTAB。
2、同实施例I的步骤ー的2。不同之处在于加入O. 14mL甲醛溶液和lmLTEOS。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。
2、同实施例I的步骤四的2。实施例12一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于加入O. 2mL质量浓度为25% 30%的氨水溶液、O. 8g间苯ニ酚以及O. 2g CTAB。2、同实施例I的步骤ー的2。不同之处在于加入I. 12mL甲醛溶液和lmLTEOS。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例13一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于加入O. 2mL质量浓度为25% 30%的氨水溶液、O. 2g间苯ニ酚以及O. Ig CTAB。2、同实施例I的步骤ー的2。不同之处在于加入I. 12mL甲醛溶液和lmLTEOS。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例14一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于加入O. 2mL质量浓度为25% 30%的氨水溶液、O. 2g间苯ニ酚以及O. 5g CTAB。2、同实施例I的步骤ー的2。不同之处在于加入I. 12mL甲醛溶液和lmLTEOS。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。
三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例15—、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的1，不同之处在于加入O. 2mL质量浓度为25% 30%的氨水溶液、O. 2g间苯ニ酚以及O. 8g CTAB。2、同实施例I的步骤ー的2。不同之处在于加入I. 12mL甲醛溶液和lmLTEOS。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例16一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。不同之处在于加入O. 28mL甲醛溶液和O. 5mLTE0S。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。
三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例17一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。不同之处在于加入O. 28mL甲醛溶液和2mLTE0S。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。
实施例18一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。不同之处在于然后将混合溶液转移到密封的反应容器中在60 □ C温度下水热处理24h三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例19一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。不同之处在于然后将混合溶液转移到密封的反应容器中在120 □C温度下水热处理24h三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例20 一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。不同之处在于将步骤ニ得到的固体粉末在氩气保护下600 □C高温煅烧4h使其碳化。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例21—、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。
2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。不同之处在于将步骤ニ得到的固体粉末在氮气氢气混合气体保护下600 □ C高温煅烧4h使其碳化。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。 2、同实施例I的步骤四的2。实施例22一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。不同之处在于将步骤ニ得到的固体粉末在氮气保护下300 □ C高温煅烧4h使其碳化。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例23一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。不同之处在于将步骤ニ得到的固体粉末在氮气保护下1500 □ C高温煅烧4h使其碳化。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例24—、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。
三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。不同之处在于将步骤ニ得到的固体粉末在氮气保护下600 □C高温煅烧3h使其碳化。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例25
—、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。不同之处在于将步骤ニ得到的固体粉末在氮气保护下600 □C高温煅烧12h使其碳化。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。实施例26—、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。不同之处在于将步骤三得到的黒色固体粉末用质量浓度为5%的氟化氢水溶液或强碱溶液浸泡。实施例27一、制备反应溶液I、同实施例I的步骤ー的I。2、同实施例I的步骤ー的2。ニ、制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体同实施例I的步骤ニ。三、高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体。同实施例I的步骤三。四、多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得
I、同实施例I的步骤四的I。2、同实施例I的步骤四的2。不同之处在于步骤三得到的黒色固体粉末用质量浓度为20%的氟化氢水溶液或强碱溶液浸泡。 以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进ー步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，其特征在于包括如下步骤 步骤ー制备反应溶液 将水和醇类混合配制成反应溶剤；向反应溶剂中加入催化剂碱、反应试剂间苯ニ酚以及表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵；在室温下搅拌后，加入反应试剂甲醛溶液和四こ氧基硅烷，得到混合溶液；其中间苯ニ酚与甲醛溶液反应后可生成聚合物酚醛树脂，四こ氧基硅烷水解成ニ氧化硅； 步骤ニ 制备聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体 将步骤一制得的混合溶液在室温下继续搅拌，然后将混合溶液转移到密封的反应容器中进行水热处理后，去除上层清液得到沉淀物，干燥后得到固体粉末；所得固体粉末即为聚合物酚醛树脂、ニ氧化硅和表面活性剂的复合体； 步骤三高温碳化得到碳材料和ニ氧化硅的复合体 将步骤ニ得到的固体粉末在惰性气体保护下高温煅烧使其碳化，得到黒色固体粉末；所得黒色固体粉末即为碳材料和ニ氧化硅的复合体； 步骤四多级结构介孔ニ氧化硅或碳纳米材料的制得 将步骤三得到的黒色固体粉末用氟化氢水溶液或强碱溶液浸泡，去除ニ氧化硅，得到多级结构介孔碳材料； 将步骤ニ所得的固体粉末或步骤三所得的黒色固体粉末在空气中高温煅烧即得到多级结构介孔ニ氧化硅材料。
2.如权利要求I所述的ー种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，其特征在于步骤一所述的醇类为一切碳原子数小于5的醇类。
3.如权利要求I所述的ー种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，其特征在干步骤一所述的水和醇类混合配制成反应溶剂，其中醇类和水的体积比为4 3 4 52。
4.如权利要求I所述的ー种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，其特征在干步骤一所述的催化剂碱为能够在水中能够电离产生氢氧根离子的试剂。
5.如权利要求I所述的ー种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，其特征在于步骤一所述的催化剂碱加入后，碱试剂在水和醇类反应溶剂中的质量浓度为O. 8 8g/L。
6.如权利要求I所述的ー种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，其特征在于步骤一所述的间苯ニ酚加入后，其在水和醇类反应溶剂中的质量浓度不大于3% ;步骤一所述的CTAB加入后，其在水和醇类反应溶剂中的质量浓度不大于3% ;步骤一所述的甲醛溶液的质量浓度不小于30%，加入甲醛溶液后间苯ニ酚和甲醛的摩尔比为I : I. 2 I : 2. 5 ;步骤一所述的TEOS的加入量与水和醇类反应溶剂的体积比可为O.25 28 3 28。
7.如权利要求I所述的ー种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，其特征在于步骤ニ所述的水热处理的温度为50 200°C。
8.如权利要求I所述的ー种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，其特征在干步骤三所述的惰性气体是除了氧气以外的任何气体或不含氧气的混合气体。
9.如权利要求I所述的ー种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，其特征在于步骤三、步骤四所述的高温煅烧的条件为，温度不小于300°C。
10.如权利要求I所述的ー种同时制备多级结构介孔ニ氧化硅和碳纳米材料的方法，其特征在于步骤四所述的氟化氢水溶液或强碱溶液中所含溶质质量分数优选为5wt% 20wt %。
全文摘要
本发明涉及一种同时制备多级结构介孔二氧化硅和碳纳米材料的方法。属于介孔纳米材料制备领域。步骤如下将水和醇类混合配制成反应溶剂；向反应溶剂中加入催化剂碱、反应试剂间苯二酚以及表面活性剂CTAB；在搅拌后，加入反应试剂甲醛溶液和TEOS，得到混合溶液；将混合溶液在室温下继续搅拌，去除上层清液得到沉淀物，干燥后得到固体粉末；将固体粉末在惰性气体保护下高温煅烧使其碳化，得到黑色固体粉末；将黑色固体粉末用氟化氢水溶液或强碱溶液浸泡，去除二氧化硅，得到多级结构介孔碳材料；将固体粉末或黑色固体粉末在空气中高温煅烧即得到多级结构介孔二氧化硅材料。本发明的方法，操作简单，成本较低，可实现大规模生产。
文档编号C01B31/02GK102642843SQ201210145019
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者张兴华, 曹传宝 申请人:北京理工大学