介孔氧化硅纳米带材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种介孔氧化硅纳米带材料及其制备方法。

背景技术：

介孔氧化硅纳米材料由于其高的比面积、可调的孔径和多样化的形貌结构等突出优势，自从1992年被mobil公司首次报道mcm-41以来，一直备受材料界和化学家们的广泛关注，特别是在其形貌控制、结构调控和生长机理的探索等方面。介孔氧化硅纳米材料之所以表现出诸多优异的物化性质，除了与材料独特的介孔孔道有关外，还与材料本身的宏观形态和微观形貌有关。近年来，科学家们在致力于调控介孔氧化硅内部孔道结构的同时，也日益关注其丰富的外观形貌。目前，各种形貌和不同结构的介孔氧化硅纳米材料相继被报道，如球形、碗状、棒状和花状等，并且他们在吸附、催化和生物医药等领域发挥着重要的作用。

值得一提的是，在这些结构中，拥有带状结构的介孔氧化硅材料凭借其独特的各向异性等特征引起学者们的特别关注。然而，据我们所知，目前的研究多集中在利用手性表面活性剂来制备手性的介孔氧化硅纳米带，而采用常规的阳离子/阴离子表面活性剂为共模板来制备介孔氧化硅纳米带却鲜有报道。阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂构成的二元表面活性剂体系由于其头部基团相反电荷的可调节性，可以形成多种类型的微结构，如囊泡、层状、球形和棒状结构。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种的介孔氧化硅纳米带材料。

本发明的目的之二在于提供该介孔氧化硅纳米带的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种介孔氧化硅纳米带材料，其特征在于该介孔氧化硅纳米带具有相对有序的介孔孔道，长度在1~1.5µm之间，宽为45~50nm。

一种制备上述的介孔氧化硅纳米带材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将十六烷基三甲基溴化铵溶解于去离子水中，配置成摩尔浓度为0.0015~0.002mol/l的溶液，随后加入乙酸乙酯（ea），继续搅拌均匀；所述的乙酸乙酯与十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为：6~8；

b.将十二烷基硫酸钠加入到步骤a所得溶液中，并搅拌均匀，之后加入25~28wt.%的氨水，继续搅拌均匀；所述的十二烷基硫酸钠与十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为：0.9~1，ph值在8~10之间；

c.正硅酸四乙酯作为硅源加入到步骤b所得溶液中，持续反应15～24h，反应完成后，将反应物离心分离，并用去离子水洗涤，烘干，得到介孔氧化硅纳米带材料；所述的正硅酸四乙酯与十二烷基硫酸钠的摩尔比为：0.4~0.5。

本发明以正硅酸四乙酯（teos）为硅源，通过采用阴/阳离子表面活性剂作为混合模板，在乙酸乙酯（ea）的助模板作用下，共同导向制备出具有独特卷曲结构的介孔氧化硅纳米带材料。

本发明合成过程中，乙酸乙酯的加入起到了助溶剂和助模板的双重作用，在微乳体系下，单一的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（ctab）形成棒状胶束，组装形成了结构稳定的球形。一旦加入阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（sds）后，阴阳离子双模板共同作用于胶束，形成的棒状胶束长度较长并且堆叠层数降低，从而稳定性降低，结构趋于弯曲形成环状结构；继续提高sds用量至0.08g时，堆叠的棒状胶束开始崩塌形成层状结构，随着反应的进行，材料向着gibbs自由能减小方向进行，因此表面发生卷曲，进而形成卷曲状的带状结构。

与现有的合成技术相比，本发明技术具有以下显著有点：采用两种不同类型的表面活性剂作为混合模板，合成方法简单，条件温和，形貌可控，由于其独特的卷曲状纳米结构，在环境催化、吸附和生物医学等领域具有潜在的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1中所得介孔氧化硅纳米带的sem图片。

图2为本发明实施例1中所得介孔氧化硅纳米带的tem图片。

图3为本发明实施例2中所得介孔氧化硅纳米棒的tem图片。

图4为本发明对比例中所得介孔氧化硅纳米球的tem照片。

具体实施方式

所有实施例均按上述技术方案的操作步骤进行操作。

实施例1

a.将0.1g十六烷基三甲基溴化铵（ctab）溶解于137ml去离子水中，直到溶液澄清，随后加入1.32ml乙酸乙酯（ea），继续搅拌均匀；

b.将0.08g十二烷基硫酸钠（sds）加入上述溶液中，与ctab摩尔比为1，并搅拌均匀，之后加入2.7ml的氨水（25~28wt.%），继续搅拌均匀；

c.最后，加入275µl正硅酸四乙酯（teos）作为硅源，持续反应20h，反应完成后，将反应物离心分离，并用去离子水反复洗涤，烘干，得到的白色粉末即为介孔氧化硅纳米带。

将所得产品进行物性表征，其部分结果如附图所示。所得介孔氧化硅产品长度在1~1.5µm之间，宽约为45nm，为边缘卷曲的带状结构。同时，tem结果显示，该材料具有明显的沿带状结构径向方向的介孔孔道，形貌均一。

实施例2

本实施例的制备过程和步骤与实施例1基本相同，不同在于b步骤：

十二烷基硫酸钠（sds）的用量为0.04g。

所得结果与实施例1在形貌和结构方面均具有明显的差别，所得产品部分呈现闭合的环状结构，该结构主要由长度为400nm左右，直径约43nm的纳米棒组成，且具有良好的孔道特征。

实施例3

本实施例的制备过程和步骤与实施例1基本相同，不同在于a步骤：

乙酸乙酯（ea）用量为0.5ml。

所得结果与实施例1相比具有明显的差别，得到产物为层状结构，边缘仍有轻微卷曲，但是相对较厚且分散性差。

实施例4

本实施例的制备过程和步骤与实施例1基本相同，不同在于a步骤：

乙酸乙酯（ea）换成等体积的乙醚。

所得结果与实施例1相比，结构明显不同，得到卷曲折叠的棒状结构。

对比例：本实施例的制备过程和步骤与实施例1完全相同，不同在于b步骤：

没有加入十二烷基硫酸钠（sds）。

所得结果与实施例1形貌差别较大，反应完成后得到形貌均一的介孔氧化硅纳米球，单分散性良好，其粒径为150~200nm。

参见附图，图1为本发明实施例1所得介孔二氧化硅纳米带材料的扫描电镜（sem）图片。sem分析：采用日本电子公司jsm-6700f型发射扫描电子显微镜观察材料形貌。从sem图片可知，本发明制得的介孔氧化硅材料，形貌较为均一，具有独特的卷曲状纳米结构。

参见附图，图2为本发明实施例1所得介孔二氧化硅纳米带材料的透射电镜（tem）图片。tem分析：采用日本电子株式会社jeol-200cx型透射电子显微镜观察材料形貌和结构。从tem图片可以看出，本发明制得的介孔二氧化硅材料，具有明显的带状结构和介孔孔道，其宽度为45~50nm，片层厚度5nm左右，其长度在1~1.5µm之间。

参见附图，图3为本发明实施例2所得介孔氧化硅纳米棒材料的透射电镜（tem）图片。从中可以看出，本实施例制得的介孔氧化硅为棒状连接的类菱形结构，棒的直径在43nm左右。

参见附图，图4为本发明对比例所得介孔二氧化硅纳米球的透射电镜（tem）图片。从tem图片可知，对比例制得的氧化硅纳米材料具有均一的球形形貌和相对有序的介孔以及良好的单分散性，其粒径为150~200nm。