[发明专利]一种表面开裂的螺旋介孔二氧化硅纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机介孔纳米材料的制备和应用技术领域，涉及一种新型表面开裂的螺旋介孔二氧化硅纳米纤维及其制备方法。

背景技术

自从1992年Mobil公司的科研人员利用阳离子型表面活性剂的超分子液晶模板，合成了诸如MCM-41等一系列的具有六方排列的介孔孔道的材料以来，随着科学技术的快速发展，手性二氧化硅介孔材料由于其在工业催化、电、磁、传感器、光学器件、药物拆分等领域的广泛的应用前景，受到了越来越多的科研工作者的关注和研究。例如，加拿大多伦多大学的Ozin教授利用阳离子表面活性剂得到了螺距不均的介孔材料；韩国的S.M.Yang教授研究表明通过控制搅拌方式可以控制介孔二氧化硅的手性；美国加利福尼亚大学的Stucky教授利用纳米孔道合成了螺旋的二氧化硅纳米纤维，等等。

中国专利CN1579934A公开了一种柱状介孔二氧化硅及其制备方法，利用阳离子表面活性剂为模板，用硅酸酯为硅源，在碱性条件下水解缩合而成。所述的柱状介孔二氧化硅的长径比为2∶1～1∶1，柱长为600～200nm，柱直径为300～100nm，比表面积为800～1200m²/g，介孔尺寸为2.0～3.5nm。中国专利CN101016156A公开了一种介孔二氧化硅的制备方法，采用阳离子表面活性剂为模板，有机硅氧烷硅酸酯为硅源，硝酸盐为有机硅源的水解聚合催化剂，得到的介孔二氧化硅材料的比表面积为500～1600m2/g，最可几孔径为2～4nm。

虽然，利用非手性表面活性剂为模板制备出各种结构的螺旋介孔二氧化硅纳米纤维已有大量报导，但是与普通介孔二氧化硅纳米纤维相比，表面开裂的这种螺旋介孔二氧化硅纳米纤维具有特殊表面结构，具有较高的金属纳米粒子负载能力，有利于提高材料的催化性能，目前此类材料还未见报道。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种表面开裂的螺旋介孔二氧化硅纳米纤维及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种表面开裂的螺旋介孔二氧化硅纳米纤维的制备方法，采用阳离子表面活性剂为模板剂，以硅酸酯为硅源，以烷基醇为结构助剂，将硅酸酯在碱性条件下水解缩合制得一种表面开裂的螺旋介孔二氧化硅纳米纤维。

上述技术方案中，所述阳离子表面活性剂选自：十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十八烷基三甲基溴化铵(STAB)、十八烷基三甲基氯化铵(CTAC)或双十二烷基二甲基溴化铵(DDMABr)，所得阳离子表面活性剂的水溶液的浓度为5.5mmol/L～13.7mmol/L；优选的技术方案中，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，所述阳离子表面活性剂的水溶液的浓度为5.5mmol/L～13.7mmol/L。

上述技术方案中，所述硅酸酯选自：正硅酸四乙酯(TEOS)、正硅酸四甲酯(TMOS)、1，2-双(三乙氧基硅)乙烯(BTEE)或1，2-双(三乙氧基硅)苯(BTEB)；所述硅酸酯的浓度为0.5～5％体积分数，以反应体系的体积为100％；优选的技术方案中，所述硅酸酯的浓度为0.5～2％体积分数。

上述技术方案中，所述烷基醇为5～14个碳原子的直链一元醇，阳离子表面活性剂与烷基醇的摩尔比为0.1～10∶1。

上述技术方案中，水解缩合步骤时的反应条件为：搅拌速度的转速为100～1500rpm，反应温度为0～90℃，反应时间为1-10小时；优选的技术方案中，反应温度为70～90℃，反应时间为1.5～2.5小时。

上述技术方案中，所述碱性条件为pH7.5～14的条件，优选为pH12～13。

上述技术方案中，所述表面开裂的螺旋介孔二氧化硅纳米纤维的制备方法具体包括以下步骤：

(1)在0～90℃下，将阳离子表面活性剂溶解到去离子水中，配制得到阳离子表面活性剂的水溶液；

(2)搅拌状态下，将结构助剂烷基醇、氢氧化钠溶液加入到步骤(1)所得阳离子表面活性剂的水溶液中，调整溶液pH值为7.5～14，搅拌10-100分钟，得到混合溶液；

(3)将硅酸酯加入到步骤(2)得到的混合溶液中，调整搅拌速度的转速为100～1500rpm，在0～90℃反应2-4小时，产生白色沉淀；将沉淀过滤、洗涤、干燥，焙烧后5-6小时，除掉表面活性剂，得到表面开裂的螺旋介孔二氧化硅纳米纤维。