[发明专利]硅胶表面周期性氧化锆-氧化硅复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种硅胶表面周期性氧化锆-氧化硅复合材料的制备方法。

背景技术

氧化锆由于其具有中等强度的酸、碱中心和氧化还原性质，因而可用作多种过程的催化剂，但与普通酸性氧化物相比，因其价格昂贵，至今仍未获得实际应用。因此，尝试制备具有高比表面的含氧化锆材料便成为近年来该领域的研究焦点。而根据固体表面结构材料的基体属性，可以将其粗分为金属表面纳米结构材料和非金属表面纳米结构材料。国内外研究小组已经对金属表面纳米结构材料倾注了大量研究，但围绕非金属表面纳米结构材料开展的工作相对较少。硅胶因其具有高的热稳定性和化学稳定性、大的比表面积及丰富的表面羟基而成为国内外研究者备受青睐的表面金属有机化合物基体材料之一。其中，最有应用价值的是利用硅胶基体自身的表面结构，通过锚定或嫁接锆活性物种使材料活性增强，选择性高，从而使其适合于作为具有特定功能的催化剂材料，而催化反应中对催化活性物种的结构及有序性要求最高。因此，探究以金属有机化合物为前躯体，在其表面可控合成周期性氧化锆-氧化硅复合材料具有重要意义。

硅胶表面丰富的羟基可以进行组装、功能化、改性和修饰，是联接有机基团、金属配合物、金属氧化物以及金属有机化合物等形成具有特定功能材料的重要载体。然而当今的锆硅纳米复合材料只是由简单的物理复合发展到可以部分设计的阶段，根本无法与分子化学中的设计合成相比较。至今尚未看到以二氧化硅为基体，以金属有机化合物为前躯体，在其表面可控合成有序周期性氧化锆-氧化硅复合材料的文献报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简单、结构明确的硅胶表面周期性氧化锆-氧化硅复合材料的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：

1、硅胶载体的活化处理

将硅胶粉末压片后置于原位红外管中，10^-2Pa动态真空条件下，以2～3℃/分钟的升温速率升温至450～500℃，恒温活化10小时。

2、硅胶表面接枝茂锆金属有机化合物

在手套箱中，将四氮二甲基锆溶于干燥除水的甲苯中，配制成物质的量浓度为0.1mol/L的四氮二甲基锆甲苯溶液，向其中以2～3滴/秒的速度滴加物质的量浓度为0.3mol/L的环戊二烯甲苯溶液，环戊二烯与四氮二甲基锆的摩尔比为1∶3，混合均匀，用干燥的注射器注入到步骤1活化处理的硅胶片上，四氮二甲基锆与硅胶的质量比为1∶1，室温反应2小时，用双排管在10⁰Pa真空条件下室温处理18小时，继续在60～70℃油浴加热处理2小时，使硅胶表面接枝茂锆金属有机化合物。

上述的环戊二烯是将二聚环戊二烯在常压下进行蒸馏，使分馏柱顶上的温度保持在41～42℃，分解二聚环戊二烯得到的。

3、硅胶表面形成头层氧化锆

将步骤2表面接枝茂锆金属有机化合物的硅胶片置于红外管中，通入氧气，氧气的流速为40mL/分钟，以2～3℃/分钟的升温速率升温至500～550℃，恒温煅烧5小时，10^-2Pa动态真空条件下550℃保温5小时，使硅胶表面形成头层氧化锆。

4、硅胶表面形成氧化锆、氧化硅夹层

在手套箱中，将六甲基二硅氮烷溶于干燥除水的甲苯中，配制成物质的量浓度为0.1mol/L的六甲基二硅氮烷甲苯溶液，用干燥的注射器注入步骤3表面形成头层氧化锆的硅胶片上，六甲基二硅氮烷与四氮二甲基锆的摩尔比为1∶1，室温反应2小时，用双排管在10⁰Pa真空条件下室温处理18小时，通入氧气，氧气的流速为40mL/分钟，以2～3℃/分钟的升温速率升温至500～550℃，恒温煅烧5小时，10^-2Pa动态真空条件下550℃保温5小时，使硅胶表面形成氧化锆、氧化硅夹层。

5、制备硅胶表面周期性氧化锆-氧化硅复合材料

以步骤4表面形成氧化锆、氧化硅夹层的硅胶为载体，重复步骤2、3，制备成硅胶表面周期性氧化锆-氧化硅复合材料。

上述的硅胶的粒径为20～60μm，比表面积为480～540m²/g，由阿尔法莎公司生产。四氮二甲基锆的纯度为99.99％，六甲基二硅氮烷的纯度为99.99％，由百灵威公司生产。

附图说明

图1是450℃活化处理后硅胶的透射电镜图。

图2是实施例1制备的硅胶表面周期性氧化锆-氧化硅复合材料的透射电镜图。

图3是450℃活化处理后硅胶的原子力显微镜图。