[发明专利]一种介孔金属氧化物材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种介孔金属氧化物的制备方法，属于无机纳米材料合成领 域。

背景技术

介孔金属氧化物由于其独特的催化、光学和电学特性，所以在非均相催化、 传感器以及电极材料方面有着广阔的应用前景。因此介孔金属氧化物的合成近 年来成为科学家们的研究热点，提出了很多合成的方法。大体上有“软模板法” 和“硬模板法”。软模板法制备的介孔金属氧化物，虽然有较好的介孔结构，但是 介孔墙体为无定形态或者是半结晶态，这极大的限制了所制备的介孔金属氧化 物的应用；硬模板法制备介孔金属氧化物材料于是受到了很多关注，发展了不 少合成方法，其中有：双溶剂法，微波消解法，有机改性法以及多次浸渍法。 但是这些方法有的需要大量的溶剂(如：正己烷、乙醇)；有的需要的适当表 面改性。因此，这些合成过程一般需要较长的合成时间，而且需要大量的溶剂 或硅烷偶联剂，这些都不利于降低成本，提高生产效率和环境保护。我们提出 的“精确控制下的逐步润湿法”可以有力的克服这些缺点。目前国内外还没有这种 方法的具体报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种普适而经济的制备介孔金属氧化物方法。

介孔金属氧化物的制备工艺如下所述：

(1)根据文献报道方式制备介孔氧化硅粉体，包括KIT-6，SBA-15， MCM-41，MCM-48等。这里选KIT-6和SBA-15为模板。

(2)无机前驱物包括硝酸钴、硝酸铁、硝酸铜、硝酸镍、硝酸铈、磷 钨酸、磷钼酸、硝酸锰。根据前驱物的物理性质，配置成非饱和溶液，如：硝 酸钴的乙醇溶液浓度范围为2.0-4.0mol/L，硝酸镍的乙醇溶液浓度范围为 2.0-4.2mol/L；根据制备的1g KIT-6或SBA-15的介孔孔容，取适当体积的溶液进 行滴加。这里选择溶液的体积数与介孔氧化硅孔容数的比为1.1-1.3。

(3)将无机前驱体溶液用滴加到介孔氧化硅粉体中，控制滴加速度在 0.5-1.0mL/min。

(4)将滴加后的粉体放入烘箱中烘干。

(5)烘干后的粉体煅烧，使得无机前驱物分解为相应的金属氧化物。 硝酸钴的煅烧温度范围为300-550℃，硝酸镍的煅烧温度范围为300-550℃，硝 酸锰的煅烧温度范围为300-650℃。

(6)使用热氢氧化钠溶液或氢氟酸溶液去除氧化硅模板，这里选择氢 氧化钠溶液去除模板。

(7)过滤并用去离子水清洗后烘干，就得到了相应的介孔金属氧化物 粉体。

采用逐步滴加前驱体溶液的制备工艺，使得前驱体溶液能借助毛细管力进 入介孔孔道，而且孔道中的气体也可顺势排出。

由于是较为缓慢的滴加前驱体溶液，所以溶剂会有一定量的挥发，为了不 使溶质析出后堵塞孔道口，这里配置的前驱体溶液为非饱和溶液。

本发明的特点是：

(1)采用了“精确控制下的逐步润湿法”制备了介孔金属氧化物。操作简 单，成本低，产量大和利于环境保护。

(2)这是一种普适的方法，可以用来制备多种介孔金属氧化物。

(3)用该方法制备的介孔金属氧化物，介孔有序度高，比表面积大， 孔径分布狭窄且具有晶化的介孔墙体。

(4)合成的介孔金属氧化物，在催化，传感器制备和电极材料领域有 广阔的应用前景。

附图说明

图1KIT-6，Co₃O₄-1，Co₃O₄-2和Co₃O₄-3的小角XRD。从小角XRD可以 看出，所制备氧化钴的介孔有序性的好坏依次为Co₃O₄-2，Co₃O₄-1，Co₃O₄-3。

图2Co₃O₄-1，Co₃O₄-2和Co₃O₄-3广角XRD。从广角XRD可以看出，所 制备的氧化钴是结晶态。

图3Co₃O₄-1的TEM图像。从透射电镜观察可以直观看到制备的氧化钴具有 有序的介孔结构。