专利名称：主-客体纳米复合材料的超声波制备方法
技术领域：
本发明涉及一种主-客体纳米复合材料的超声波制备方法，用于介孔及微孔等孔 道类复合材料的制备，属于无机功能材料制备技术领域。
背景技术：
纳米组装是近年来随着纳米元器件的发展，在纳米材料制备领域提出的一种制备 有序结构纳米复合材料的方法。其机理是以分立单一的纳米颗粒、纳米线、纳米片等纳米材 料作为结构单元，运用原子或分子间强或弱的相互作用力，如化学键、静电吸引、氢键等，将 各个结构单元连接起来，形成具有有序排列的结构，从而得到一种复合材料，该复合材料作 为一种纳米元器件，具有集成的功用。介孔分子筛的出现为主_客体组装化学提供了一种主体材料，利用主_客体之间 的相互作用，不仅可以改善客体材料的物理和化学性质，还可以充分利用有序的孔道作为 模板，定向制备新颖的纳米结构材料。如选取介孔分子筛为主体，将纯物质或复合材料作为 客体，在分子筛孔道内作定向生长或分布排列组装，制造出具有可控的微观结构的纳米客 体，从而构筑不同的纳米复合材料。这将有利于实现从分子水平生产光学、电学、磁学等元 件。向介孔分子筛中组装的客体材料分为金属、金属配合物、半导体，以及其它无 机物、有机物、生物大分子、聚合物和碳。使客体材料的前驱体进入介孔分子筛孔道的 方法很多，包括离子交换、溶液浸渍、吸附、化学气相沉积(CVD)、金属有机化学气相沉积 (MOCVD)、热扩散、前驱体原位合成等。这些方法有一个共同的缺点，那就是生产周期长， 操作较为繁琐，有些方法对前驱体要求较为严格，受外界环境影响较大。美国2008年一 M W ((J- Solid State Chem. )) fIj ^ T 一 Ira IS ^J "Preparation and Characterization of (SBA-15) -La203host-guest composite materials” 的文章，公开了一项被称为微波固相 法的制备主_客体纳米复合材料的方法，该方法不仅操作简单，而且制备效率也很高。然 而，该方法虽然能够克服上述各方法的不足，但是，由于在微波处理过程中必然伴随着加热 过程，限制了客体材料的选择，因为许多材料遇热会分解，如绝大多数药物和大部分染料， 因此，微波固相法无法用于将这类客体材料向介孔分子筛中组装。
发明内容
为了获得一种操作简单，制备效率高，且适用于遇热分解客体材料，我们发明了一 种主_客体纳米复合材料的超声波制备方法。本发明之主_客体纳米复合材料的超声波制备方法是这样实现的，将主体材料与 客体材料混合得到混合物，其特征在于，主体材料为介孔分子筛，将混合物置于超声波中， 完成主_客体纳米复合材料的制备。本发明之主-客体纳米复合材料的超声波制备方法其优点在于，属于后组装方 法，具有操作简单、制备效率高的特点，与微波固相法一样，合成过程需时很短，如30min即可。超声波以其声能促使客体材料向主体材料中的组装，不存在加热，因此，不会导致客体 材料的热分解，实现了遇热分解客体材料向主体材料中的简单、快速组装。另外，客体材料 不论是离子、氧化物、有机大分子，还是纳米固体颗粒，均适用于该方法。该方法对主体材料 介孔分子筛的破坏很小，使得被组装的客体材料主要分布在介孔分子筛的孔道内，并且，高 度有序一维六方形孔道结构得以保存。
图1是样品的小角度XRD图。图2是样品的红外光谱图，该图兼作为摘要附图。图 3是样品的激发光谱图。图4是样品的发射光谱图。图5是样品的光致发光光谱图。在图 1 图5中，曲线(a)属于采用固相超声波法合成的产物；曲线(b)属于采用液相超声波法 合成的产物；曲线(c)属于主体材料SBA-15分子筛源粉；曲线(d)属于客体材料纳米源粉。 图6是采用本发明之方法制备的主-客体纳米复合材料的TEM照片，(a)是沿着平行于采 用固相超声波法合成的产物孔道方向拍摄的TEM照片；(b)是沿着垂直于采用固相超声波 法合成的产物孔道方向拍摄的TEM照片；(c)是沿着平行于采用液相超声波法合成的产物 孔道方向拍摄的TEM照片；(d)是沿着垂直于采用液相超声波法合成的产物孔道方向拍摄 的TEM照片。
具体实施例方式本发明之主_客体纳米复合材料的超声波制备方法是这样实现的，将主体材料与 客体材料混合得到混合物，主体材料为介孔分子筛，将混合物置于超声波中，完成主_客体 纳米复合材料的制备。本发明之方法进一步分为两种，一种是固相超声波法，在主体材料与 客体材料的混合物中只有该两种材料；另一种是液相超声波法，在主体材料与客体材料的 混合物中还有液相分散介质。下面是采用固相超声波法制备主-客体纳米复合材料的例子 (1)分别取0. 27g已锻烧的主体材料SBA-15分子筛粉末和0. 03g客体材料纳米氧 化铕粉末，并装于坩埚中。(2)将二者于坩埚中用玻璃棒搅拌研磨使之均勻混合。(3)把坩埚密封好，放置于超声波波源中，如加入了水的超声波清洗器，固定坩埚， 超声波处理30min。(4)关闭超声波波源，取出坩埚，得到所需产物。下面是采用液相超声波法制备主_客体纳米复合材料的例子(1)分别取0. 27g已锻烧的主体材料SBA-15分子筛粉末和0. 03g客体材料纳米氧 化铕粉末，并装于烧杯中。(2)向烧杯中加入60ml液相分散介质，如去离子水，得到混合液，磁力搅拌，使主 体材料、客体材料均勻混合、高度分散。(3)将盛有混合液的烧杯置于超声波波源中，如加入了水的超声波清洗器中，固定 烧杯，超声波处理30min。(4)关闭超声波波源，取出烧杯，将混合液过滤，得到滤出物。(5)将滤出物自然初步干燥，然后放在烘箱中，在60°C温度下烘干，得到所需粉末
4状产物。见图1所示，SBA-15分子筛出现4个衍射峰，分别归属于(100)、(110)、(200)、 (210)晶面衍射。制得的两份主-客体纳米复合材料都出现3个衍射峰，分别与SBA-15分 子筛的衍射峰相对应，这说明，在SBA-15分子筛中组装客体材料后，其六方型孔道结构得 以完好保存。见图2所示，客体材料纳米源粉样品在测定范围内有4个吸收峰，这些吸收峰分别 位于420CHT1、532CHT1、858CHT1、1120CHT1处。制得的两份主-客体纳米复合材料都呈现出4 个主要吸收峰。这些吸收峰的存在，可以充分证明SBA-15分子筛骨架的存在。可以看出制 得的两份主-客体纳米复合材料的红外谱图和SBA-15分子筛源粉的红外谱图基本一致，在 所制得的两份主-客体纳米复合材料的红外谱图中并没有出现明显的客体材料的红外特 征峰，这说明组装后客体材料主要分布在SBA-15分子筛孔道中，没有聚集的客体材料分布 于SBA-15的外表面上。见图3、图4所示，制得的两份主_客体纳米复合材料与客体材料源粉最高激发 峰位所对应的波长分别是530nm、528nm、538nm，最高发射峰位所对应的波长分别是302nm、 301nm、307nm，因此，制得的两份主-客体纳米复合材料的激发峰位的波长分别发生了 8nm、 IOnm的蓝移，发射峰分别发生了 5nm、6nm的蓝移。制得的两份主-客体纳米复合材料在某 些波长较客体材料源粉有光波被“过滤”或减弱现象，例如在激发光谱中制得的两份主_客 体纳米复合材料在eiOnm处有明显的减弱趋势，在发射光谱中，在350nm之后的光波消失。见图5所示，制得的两份主-客体纳米复合材料在612nm处的吸收峰与客体材料 源粉相比有明显的宽化现象，在紫外光区和黄色光区也出现了吸收峰。见图6所示，制得的两份主_客体纳米复合材料垂直于孔道方向具有高度有序的 平面六方型的介孔孔道，平行于孔道方向具有整齐的横格结构。在SBA-15分子筛孔道内组 装了客体材料后，SBA-15分子筛的平面六方的介孔孔道结构得以保存，而且看不到聚集的 客体材料颗粒的存在。
权利要求
一种主 客体纳米复合材料的超声波制备方法，将主体材料与客体材料混合得到混合物，其特征在于，主体材料为介孔分子筛，将混合物置于超声波中，完成主 客体纳米复合材料的制备。
2.根据权利要求1所述的超声波制备方法，其特征在于，该方法进一步分为两种，一种 是固相超声波法，在主体材料与客体材料的混合物中只有该两种材料；另一种是液相超声 波法，在主体材料与客体材料的混合物中还有液相分散介质。
全文摘要
主-客体纳米复合材料的超声波制备方法属于无机功能材料制备技术领域。现有离子交换等方法生产周期长，操作较为繁琐，有些方法对前驱体要求较为严格，受外界环境影响较大；现有微波固相法伴随着加热过程，不适用于遇热分解的客体材料。本发明之主-客体纳米复合材料的超声波制备方法将主体材料与客体材料混合得到混合物，主体材料为介孔分子筛，将混合物置于超声波中，完成主-客体纳米复合材料的制备。用于介孔及微孔等孔道类复合材料的制备。
文档编号B82B3/00GK101973516SQ20101029706
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者于辉, 樊磊, 翟庆洲, 胡伟华 申请人:长春理工大学