一种超小二氧化硅纳米链的制备方法与流程

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种超小二氧化硅纳米链的制备方法。

背景技术：

超小无机颗粒具有独特的尺寸依赖性，近年来在光学、催化和医学等领域引起了广泛的研究。因此，超小无机颗粒已成为自底向上制备新型纳米材料最有前途的材料之一。无定形无机颗粒缺乏控制各向异性生长的能力，通常需要使用有机模板(如dna)或支架(如碳纳米管)来指导结构的生长，使用模板虽然能够制备形貌规则的异性纳米结构，但异性纳米结构严格依赖模板的形状，同时通常模板的去除也是非常困难的。

在各种无机纳米材料中，二氧化硅纳米结构由于独特的光电性能、生物相容性及尺寸效应备受关注。超小的二氧化硅纳米链由于具有更大的比表面积，应而在生物载药、药物缓释、能源存储、化学催化、化学传感等方面具有广阔的应用前景。而目前制备二氧化硅纳米链的方法主要由模板法、化学气相沉积、溶胶-凝胶法，前两种方法虽然可以制备形状规则的二氧化硅纳米链，但制备过程较复杂。溶胶-凝胶法虽然制备过程较简单，但纳米链形貌较难控制。

技术实现要素：

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种超小的二氧化硅纳米链的制备方法。本发明首先使用阳离子表面活性剂在水溶液中形成胶束，再将胶束扩张剂嵌入到胶束中，形成软模版，然后胶束中通过溶胶-凝胶法生长得到超小的二氧化硅纳米链。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种超小二氧化硅纳米链的制备方法，包括如下步骤：

(1)先将阳离子表面活性剂溶于水中，再向其中加入氨水溶液，得到混合液ⅰ；

(2)在搅拌条件下，向混合液ⅰ中加入胶束扩张剂，并持续搅拌5h以上，得到混合液ⅱ；

(3)向混合液ⅱ中加入硅烷，再持续搅拌10h以上；

(4)反应结束，产物离心洗涤即得到超小二氧化硅纳米链。

优选地，步骤(2)所述的胶束扩张剂为对甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、均三甲苯中的一种或两种以上的混合物。

优选地，步骤(2)所述的胶束扩张剂的添加量为混合液ⅰ体积的0.1％～1.0％。

优选地，步骤(1)所述的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基季溴化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵中的任意一种。

优选地，步骤(1)所述的混合液ⅰ中阳离子表面活性剂的浓度为2～20mg/ml，氨水的浓度为0.01～0.2mol/l。

优选地，步骤(1)所述的混合液ⅰ中阳离子表面活性剂的浓度为5～15mg/ml，氨水的浓度为0.01～0.1mol/l。

优选地，步骤(3)所述的硅烷为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的任意一种。

优选地，步骤(3)所述的硅烷的添加量为混合液ⅰ体积的0.1～0.5％。

优选地，步骤(3)所述的硅烷的添加量为混合液ⅰ体积的0.1～0.3％。

优选地，步骤(2)所述的持续搅拌时间为6～12h；步骤(3)所述的持续搅拌时间为12～24h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

本发明一方面采用胶束作为纳米链的生长模板，即具有模板法控制纳米结构的能力，同时模板形成简单；另一方面以胶束为反应场所，通过溶胶-凝胶法生长得到超小的二氧化硅纳米链，该方法充分结合了模板法和和溶胶-凝胶法，不仅能够制备直径小于5nm的超小的二氧化硅纳米链，同时为不同形貌的二氧化硅纳米的制备开辟道路。本发明提供的一种超小的二氧化硅纳米链可应用于生物载药、药物缓释、能源存储、化学催化、化学传感纳米材料领域。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的超小的二氧化硅纳米链透射电镜图片。

图2为本发明实施例2所制备的超小的二氧化硅纳米链透射电镜图片。

图3为本发明实施例3所制备的超小的二氧化硅纳米链透射电镜图片。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明实施例中的室温范围为25～30℃。

实施例1

(1)先将250mg十六烷基三甲基季溴化铵溶于50ml去离子水中，再向其中加入100μl浓度为5mol/l的氨水溶液。此时混合液中十六烷基三甲基季溴化铵的浓度为5mg/ml，氨水的浓度为0.01mol/l。

(2)在搅拌作用下，向(1)中的混合液加入50μl的均三甲苯，并在室温下持续搅拌6h。

(3)向(2)搅拌后的混合液中加入50μl正硅酸乙酯，并继续在室温下持续搅拌12h。

(4)反应结束，产物离心洗涤即可得到超小二氧化硅纳米链。

由图1可以看出，由于本实施例反应物浓度较低，反应时间较短，因此生成的二氧化硅纳米链较少。

实施例2

(1)先将500mg十六烷基三甲基季溴化铵溶于50ml去离子水中，再向其中加入500μl浓度为5mol/l的氨水溶液。此时混合液中十六烷基三甲基季溴化铵的浓度为10mg/ml，氨水的浓度为0.05mol/l。

(2)在搅拌作用下，向(1)中的混合液加入100μl的均三甲苯，并在室温下持续搅拌9h。

(3)向(2)搅拌后的混合液中加入80μl正硅酸乙酯，并继续在室温下持续搅拌18h。

(4)反应结束，产物离心洗涤即可得到超小二氧化硅纳米链。

由图2可以看出，本实施例增加反应物浓度较低，延长反应时间较短，因此生成的二氧化硅纳米链逐渐增多。

实施例3

(1)先将750mg十六烷基三甲基季溴化铵溶于50ml去离子水中，再向其中加入2ml浓度为5mol/l的氨水溶液。此时混合液中十六烷基三甲基季溴化铵的浓度为15mg/ml，氨水的浓度为0.2mol/l。

(2)在搅拌作用下，向(1)中的混合液加入150μl的均三甲苯，并在室温下持续搅拌12h。

(3)向(2)搅拌后的混合液中加入100μl正硅酸乙酯，并继续在室温下持续搅拌24h。

(4)反应结束，产物离心洗涤即可得到超小二氧化硅纳米链。

由图3可以看出，本实施例制备的二氧化硅纳米链数量较多，且纳米链的直径小于5nm。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种超小二氧化硅纳米链的制备方法，包括如下步骤：(1)先将阳离子表面活性剂溶于水中，再向其中加入氨水溶液，得到混合液Ⅰ；(2)在搅拌条件下，向混合液Ⅰ中加入胶束扩张剂，并持续搅拌5h以上，得到混合液Ⅱ；(3)向混合液Ⅱ中加入硅烷，再持续搅拌10h以上；(4)反应结束，产物离心洗涤即得到超小二氧化硅纳米链。该方法能够简单制备直径小于5nm的超小二氧化硅纳米链，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：朱立新;吴良辉;李要山
受保护的技术使用者：华南协同创新研究院
技术研发日：2019.03.08
技术公布日：2019.05.31