[发明专利]一种具二维孔道结构的纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米新材料技术领域，具体涉及一种具有二维立方p6m孔道结构的纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

有序介孔材料是以表面活性剂分子聚集体为模板，通过有机物和无机物之间的界面相互作用组装而成的孔道结构规则、孔径介于2～50nm的多孔材料。介孔材料具有如下优越特征：①长程即介观水平结构有序的孔道结构；②孔径分布狭窄，孔径大小可以连续可调；③通过优化合成条件或进行后处理，可具有很好的热稳定性和水热稳定性；④极高的比表面积，可高达600～2000m²/g；⑤颗粒具有规则外形，且可在微米尺度内保持高度的孔道有序性；⑥孔隙率高；⑦表面富含不饱和基团。上述特征使其在吸附、催化、分离、电化学等领域发挥重要的作用。

介孔纳米复合材料不仅具有有机组分的柔韧性、疏水和易官能化等特点，同时还具有无机组分高的热稳定性和机械强度等性能。介孔碳/氧化硅纳米复合材料是一种重要的介孔纳米复合材料，比单一介孔碳或介孔氧化硅材料具有更加优良的热、导电、机械和化学性能等。同时，体系中的氧化硅组分可以有效克服单纯有机体系碳化过程中骨架收缩严重、孔径小、比表面积低的缺点。介孔碳/氧化硅纳米复合材料的重要用途之一是用来制备大孔径、骨架稳定性高的介孔碳材料。

目前，介孔碳/氧化硅纳米复合材料的合成方法主要有介孔氧化硅的表面官能化、后嫁接法和三元共组装方法。介孔氧化硅的表面官能化方法是利用含有机官能团的硅源或特殊的表面活性剂合成表面官能化的介孔有机氧化硅，而后进一步碳化的方法，此法中硅试剂和表面活性剂原料价格昂贵并且难以合成，不利于大批量生产；后嫁接法是在介孔氧化硅材料中填充聚合物或碳，而后进行碳化的方法，该方法操作繁琐、不经济，而且聚合过程很难控制，容易造成孔道堵塞；三元共组装法是复旦大学2006年报道的方法，首先通过商品化的三嵌段共聚物、正硅酸乙酯和酚醛树脂预聚体的三元共组装合成介孔高分子/氧化硅纳米复合材料。上述方法都采用了昂贵的硅试剂作为硅源，因此存在成本高、步骤多、不易工业化等缺点。

有机硅表面活性剂是一类性能优良的表面活性剂，具有许多传统表面活性剂不可比拟的优越性能。三嵌段共聚物PEO-PDMS-PEO(聚氧乙烯-聚二甲基硅氧烷-聚氧乙烯)是由聚醚链段和聚硅氧烷链段通过化学键连接而成的一类非离子型硅表面活性剂。其中，PDMS链段为疏水基，赋予产品优良的耐温、抗老化、电绝缘、柔软等性能，而PEO链段为亲水基，使产品具有良好的表面活性。因此，PEO-PDMS-PEO嵌段共聚物具有降低液体表面张力、润湿、分散、乳化和柔软等多种功能。PEO-PDMS-PEO嵌段共聚物的优异性能使其在介孔材料合成方面具有明显的优势，然而将PEO-PDMS-PEO嵌段共聚物用于介孔材料合成方面并未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有二维孔道结构的介孔纳米复合材料。

本发明的另一目的在于提供上述复合材料的制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种具二维孔道结构的纳米复合材料，其特征在于：它是采用三嵌段共聚物PEO-PDMS-PEO为模板剂，酚醛树脂预聚体Resol为碳源前驱体，进行混合、反应得As-made中间体，再经焙烧制得；所述模板剂PEO-PDMS-PEO和碳源前驱体Resol的质量比为1∶1.7～2.6，所述As-made中间体，其小角X射线散射(SAXS)图谱中，具有10、11和20晶面衍射峰，所述衍射峰的q值比为

上述模板剂PEO-PDMS-PEO和碳源前驱体Resol的质量比优选为1∶2。

上述As-made中间体，它具有如图1中a所示的小角X射线散射曲线。

上述具二维孔道结构的纳米复合材料的氮气吸附/脱附等温线具有IV型氮气吸附曲线和H1型滞后环。

上述具二维孔道结构的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：将三嵌段共聚物PEO-PDMS-PEO的溶液与酚醛树脂预聚体Resol溶液混合、烘干反应，所述模板剂PEO-PDMS-PEO和碳源前驱体Resol的质量比为1∶1.7～2.6，再经焙烧制得具二维孔道结构的介孔高分子或碳/氧化硅纳米复合材料；所述烘干时间为20～30h，温度为80～100℃。

上述焙烧，在300～450℃焙烧2～4h得到二维有序介孔高分子/氧化硅纳米复合材料，在800～950℃温度范围内焙烧1.5～3h得到二维有序介孔碳/氧化硅纳米复合材料。