纳米复合材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米合成材料技术领域，涉及一种制备Zn0/Si02纳米复合材料的方法，具体涉及一种自催化水解溶胶凝胶法生成Zn0/Si02荧光特性的纳米复合材料的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于氧化锌的特殊的性能，对于其作为纳米材料的合成和功能研宄的越来越广泛。尤其是作为核壳结构的纳米复合材料的应有，可以有效地增加ZnO的特性。作为包覆ZnO的壳材料，目前有高分子聚合物、碳材料和二氧化硅可供选择。然而由于高分子聚合物的热稳定性和碳材料的强度等关系，在作为壳材料使用上受到一定的限制。二氧化硅具有热稳定性、无毒性、很好的透明性，与此同时，二氧化硅表面易于修饰不同的官能团，具有良好的生物相容性，可以有效地改善ZnO的表面缺陷，提高其稳定性和相容性，是作为ZnO纳米壳材料的最佳选择。很多科研工作者尝试用各种方法合成Zn0/Si02纳米复合材材料。
[0003]在现在很多种的方法中，大多是都是先制备成纳米ZnO，将ZnO表面进彳丁修饰增加和S12的相容性，最后再加入硅源水解缩合来实现将S1 2包覆在ZnO纳米粒子的外面，或者采用原子转移的方法，在二氧化硅的粒子里面合成ZnO，从而实现包覆的目的。以上的方法，都存在着反应时间长、步骤繁琐、成本高、对环境的损害大等不足。
【发明内容】
[0004]为了解决以往合成纳米复合材料过程中步骤繁琐、成本高、时间长、对环境有害等方面的不足，本发明提供了一种反应条件温和、时间短、步骤简便的制备Zn0/Si02m米复合材料的方法。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种制备Zn0/Si02纳米复合材料的方法，包括如下步骤:
(I)ZnO和溴乙酸反应生成溴乙酸锌作为前驱体；
(2 )将生成的溴乙酸锌溶解在水和乙醇的混合液中(水和乙醇的体积比=1:1 )，将作为硅源的正硅酸乙酯(TEOS)和提供氨基的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)混合液溶于无水乙醇中并滴加到溴乙酸锌的溶液中，控制三者物质的量比为溴乙酸锌:APTES:TEOS=0.5-1.5:1~2:0.1-0.2，反应 4-6 小时；
(3)将反应所得物质离心，用乙醇洗涤2~3次，接下来在真空烘箱中干燥，得到白色粉末；
(4)将所得白色粉末放入马弗炉中煅烧，得到Zn0/Si02m米复合材料。
[0006]上述反应中，所述ZnO和溴乙酸的物质量比为1:2。
[0007]上述反应中，所述干燥温度为常温，干燥时间为20~30h。
[0008]上述反应中，所述离心速度为8000~10000r/min。
[0009]上述反应中，所述煅烧温度为600~700°C，煅烧时间为2~3小时。
[0010]上述反应中加入氨基和硅源在同一个物质上面，前者释放的氨基离子能够催化后者水解生成S12，完成两者结合。相对于其他的硅源和氨基来说，不用加入有机硅烷和氨水，本发明具有以下优点:
1、本发明所用的溴乙酸锌是一种有机金属盐，对环境没有损害，是一种绿色化学物质；
2、本发明利用APTES中所含有的氨基作为催化剂催化硅源生成二氧化硅，在最后煅烧中也有二氧化硅粒子生成，反应过程中不用加入另外的催化剂；
3、方法中硅源和氨基是同一种物质，可以大大降低有机物的使用量，使反应更加简洁.4、本反应中对环境无害，属于绿色合成方法。
【附图说明】
[0011]图1是Zn0/Si02m米复合材料的TEM图像；
图2是Zn0/Si02和溴乙酸锌/S12的红外图像；
图3是Zn0/Si02的荧光光谱曲线。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
[0013]实施例1
一、溴乙酸锌的制备:将Ig ZnO和3.415g溴乙酸依次放入装有10ml高纯水的单口圆底烧瓶中，在60°C条件下反应lh，过滤得到澄清溶液，用旋转蒸发仪将溶剂蒸发掉得到白色固体。
[0014]二、Zn0/Si02荧光纳米复合材料的制备:将1.4g的溴乙酸锌溶解在60ml水和乙醇的混合溶液中(水和乙醇的体积比=1:1)。把2.17ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷和0.17ml的正硅酸乙酯混合液溶于40ml的无水乙醇中并滴加到到溴乙酸锌的溶液中，控制三者物质的量比为溴乙酸锌:APTES:TEOS=I:2:0.15，常温常压下磁力搅拌6h，离心，速率为8500r/min，除去上层清液后得到白色粉末。接下来用无水乙醇反复洗涤2~3次，真空烘箱干燥24h，在650°C条件下煅烧1.5h除去有机物。前期加入的3-氨丙基三乙氧基硅烷中的硅转变生成二氧化硅，并生成ZnO纳米颗粒，最终制成Zn0/Si02荧光纳米复合材料，其形貌如图1所示。
[0015]图2中，a是干燥后，煅烧前的白色粉末红外图像，b为煅烧后所得物质的图像。从图中我们可以看出，在煅烧前后除去了相应的有机官能团和结构，保留下来了无机的Zn-O键和S1-O键，说明生成的物质里面有ZnO和Si02这两种物质。
[0016]由图3可知，煅烧后得到的物质在350nm紫外光的激发下，产生了荧光现象。
[0017]实施例2
一、3-溴丙酸锌的制备:将Ig ZnO和4.2g 3-溴丙酸依次加入到有10ml高纯水单口圆底烧瓶中，在60°C水浴反应1.5h后将所得溶液过滤，将得到的澄清溶液在旋转蒸发仪下把溶剂蒸发完全，得到白色粉末。
[0018]二、Zn0/Si02荧光纳米复合材料的制备，将1.5g 3_溴丙酸锌溶于水和乙醇体积比为1:1的混合液中。把2.1ml APETS和0.2mlTE0S混合液加入到40ml无水乙醇中并将此滴加到先前得到的3-溴丙酸锌溶液中，控制三者物质的量比为溴乙酸锌:APTES:TEOS=I:2:0.15。常温常压下反应6h，离心，速度8000r/min，用乙醇洗涤2-3次。在真空烘箱中常温干燥24h，将所得干燥白色粉末放入马弗炉中在650°C煅烧2h，除去白色粉末中的有机基团。冷却后，最终得到Zn0/Si02荧光纳米复合材料。
【主权项】
1.一种制备Zn0/Si02纳米复合材料的方法，其特征在于所述方法步骤如下: (1)将生成的溴乙酸锌溶解在水和乙醇的混合液中，将作为硅源的TEOS和提供氨基的APTES混合液溶于无水乙醇中并滴加到溴乙酸锌的溶液中，控制三者物质的量比为溴乙酸锌:APTES:TEOS=0.5-1.5:1~2:0.1-0.2，反应 4-6 小时； (2)将反应所得物质离心，用乙醇洗涤2~3次，接下来在真空烘箱中干燥，得到白色粉末； (3)将所得白色粉末放入马弗炉中煅烧，得到Zn0/Si02m米复合材料。2.根据权利要求1所述的制备Zn0/Si02m米复合材料的方法，其特征在于所述溴乙酸锌由ZnO和溴乙酸反应生成。3.根据权利要求2所述的制备ZnO/S12纳米复合材料的方法，其特征在于所述ZnO和溴乙酸的物质量比为1:2。4.根据权利要求1所述的制备ZnO/S12纳米复合材料的方法，其特征在于所述水和乙醇的混合液中，水和乙醇的体积比=1:1。5.根据权利要求1所述的制备ZnO/S12纳米复合材料的方法，其特征在于所述干燥温度为常温，干燥时间为20~30h。6.根据权利要求1所述的制备ZnO/S12纳米复合材料的方法，其特征在于所述离心速度为 8000~10000r/mino7.根据权利要求1所述的制备ZnO/S12纳米复合材料的方法，其特征在于所述煅烧温度为600~700°C，煅烧时间为2~3小时。
【专利摘要】本发明公开了一种制备ZnO/SiO2纳米复合材料的方法，其步骤如下：（1）将生成的溴乙酸锌溶解在水和乙醇的混合液中，将作为硅源的TEOS和提供氨基的APTES混合液溶于无水乙醇中并滴加到溴乙酸锌的溶液中，反应4~6小时；（2）将反应所得物质离心，用乙醇洗涤2~3次，接下来在真空烘箱中干燥，得到白色粉末；（3）将所得白色粉末放入马弗炉中煅烧，得到ZnO/SiO2纳米复合材料。本发明利用APTES中所含有的氨基作为催化剂催化硅源生成二氧化硅，在最后煅烧中也有二氧化硅粒子生成，反应过程中不用加入另外的催化剂，对环境无害，属于绿色合成方法。
【IPC分类】C09K11/59
【公开号】CN104910901
【申请号】CN201510272215
【发明人】崔铁钰, 雷靖宇, 徐林煦
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年5月26日