[发明专利]介孔二氧化硅纳米马达及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米马达的制备方法及其应用。

背景技术

纳米尺度的人造马达是近年来纳米科学界的新研究热点，通过催化过氧化氢产生氧气气泡作为推动力，从而可在含有过氧化氢的溶液中游动。尽管目前通过电化学沉积、超分子组装、金属溅射沉积等方法可以制备各种马达，但其尺寸很难扩展到100nm以下。发展真正意义上的纳米马达无疑将极大地扩展纳米马达的应用范围，具有催化能力的纳米马达(尤其是纳米尺寸的马达)在生物研究、医疗药物运输与释放、环境检测等领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明是要解决现有的马达的尺寸大的技术问题，而提供介孔二氧化硅纳米马达及其制备方法和应用。

本发明的介孔二氧化硅纳米马达是粒径为50～90nm的、部分表面溅射金属铂层的介孔二氧化硅粒子。

本发明的介孔二氧化硅纳米马达的制备方法按以下步骤进行：

一、合成粒径为50～90nm的介孔二氧化硅纳米粒子；

二、硅片清洗及亲水性的处理：先将硅片依次放入丙酮、酒精中进行超声清洗，然后再用去离子水冲洗干净，再用氮气吹干，接着将硅片放入浓硫酸与过氧化氢的混合溶液中，加热至温度为60℃～70℃并保持2～3小时，然后将硅片取出，用去离子水冲洗干净并干燥，得到亲水性硅片，其中浓硫酸与过氧化氢的混合溶液是由质量浓度为95％～98％的浓硫酸与质量浓度为20％～30％的过氧化氢按体积比为(2～3)∶1的比例混合而成的；

三、将步骤一合成的介孔二氧化硅粒子分散在乙醇中，分散均匀后，得到混合溶液；再将混合溶液滴在步骤二得到的亲水性硅片上，在室温下干燥，得到排列单粒子层的硅片；

四、用金属真空镀膜机将金属铂溅射在步骤三得到的排列单粒子层的硅片上；

五、将经步骤四处理的硅片放入去离子水中，再放入超声仪中，在超声的功率为？～？、频率为60Hz～100Hz的条件处理1～10s，过滤，干燥，得到介孔二氧化硅纳米马达。

步骤一中介孔二氧化硅粒子的制备方法按以下步骤进行：先将0.25g～0.5g十六烷基三甲基溴化铵溶于150mL～180mL的去离子水中，再加入1mL～2.0ml浓度为2mol/L～4mol/L的氢氧化钠溶液，混合均匀后加热到60～80℃，再加入1.5～2.0mL正硅酸乙酯，反应混合物在60～80℃下搅拌2～4小时后，将产物用甲醇清洗，再用去离子水清洗，在40～70℃下进行真空干燥10～12小时，得到介孔二氧化硅粒子。

步骤四中，金属铂溅射是从硅片的垂直方向进行金属铂的溅射，使介孔二氧化硅纳米粒子的上半部带有金属铂催化层，而介孔二氧化硅纳米粒子的下半部仍保持原来的介孔结构。

本发明先将介孔硅二氧化硅纳米粒子分散到乙醇中，得到分散液，经过分散后介孔二氧化硅纳米粒子不会粘结在一起，再将硅片处理后，使其具有亲水性，然后将含有介孔二氧化硅纳米粒子的分散液滴在亲水硅片上，介孔二氧化硅粒子则在硅片上排列成单粒子层，再通过金属真空镀膜机，将金属小颗粒溅射在介孔硅二氧化硅单粒子层上，然后通过低能量的超声震动，将带有一半金属覆盖的介孔二氧化硅从硅片上取下，获得介孔二氧化硅纳米马达。本发明的介孔二氧化硅纳米马达不仅具有不对称的介孔二氧化硅结构，而且具有明显的阴阳特征，其一部分有具有催化功能的金属层，另一部分为介孔结构。介孔二氧化硅纳米马达的制备方法操作简单，成本低廉，而且一次合成量大。

本发明的介孔二氧化硅纳米马达的应用是将介孔二氧化硅纳米马达放入过氧化氢溶液中使用。

所述的过氧化氢溶液的质量浓度大于0％且小于等于30％。

本发明的介孔二氧化硅纳米马达应用时，所负载的物质可以装载在二氧化硅纳米粒子的介孔中，通过催化过氧化氢产生氧气气泡作为推动力，从而可在含有过氧化氢的溶液中运动，将负载的物质运送至目的地。该介孔二氧化硅纳米马达不仅可以用于承载物质运输，而且自身具有自发的运输动力。

本发明的制备的介孔二氧化硅纳米马达可用于生物医学、化学、环境检测等领域。

附图说明

图1是试验一的步骤一制备的介孔二氧化硅粒子的扫描电镜照片；

图2是试验一步骤一制备的介孔二氧化硅粒子的透射电镜照片；

图3试验一步骤五制备的带有催化金属铂层的介孔二氧化硅纳米马达扫描电镜照片，即图中明亮的部分为铂层，另一部分为介孔二氧化硅；

图4是试验一经步骤五制备的介孔二氧化硅纳米马达的透射电镜照片；