[发明专利]一种单分散性中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，特别涉及一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法。

背景技术

自1992年Kresge等人在Nature杂志上首次报道了一种名为MCM-41的有序介孔二氧化硅材料，介孔二氧化硅的研究迅速成为国际上的热点。有序介孔氧化硅的出现是分子筛与多孔物质发展史上的一次飞跃。介孔氧化硅材料因其具有大比表面积、高热稳定性和规则孔道结构等优点在催化吸附、分离提纯、生物材料、纳米材料、环境、能源等领域显示出广泛的应用前景。

近年来，随着纳米技术的迅速发展,具有新颖拓扑结构的纳米粒子引起了人们的极大兴趣，特别是中空介孔二氧化硅微球，中空介孔二氧化硅微球是一种内部具有空腔、球壳上具有介孔孔道的无机材料。因其密度低、导电系数低、热力学稳定性高，具有孔道和较高的比表面积等特性，具有极为广阔的应用前景。不仅可以作为微胶囊材料广泛应用于药物、染料、化妆品、敏感性试剂如酶和蛋白质等的可控运输和释放体系，还可以用做轻质复合材料、低介电常数复合材料的制备、高选择性催化剂或催化剂载体，而且在人造细胞、疾病诊断等方面也将具有极其重要的价值。

在中空介孔二氧化硅的制备领域，何创龙等（一种中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，中国专利，公开号CN102786061A）：以两亲嵌段共聚物在水溶液中的球形聚集体及阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺为双模板，通过对硅源水解得到具有核壳结构的聚合物-氧化硅复合纳米粒子，煅烧去除模板，得到具有中空结构的介孔二氧化硅纳米粒子。这种方因模板剂嵌段共聚物聚集体的单分散性差，得到的中空介孔二氧化硅粒径不均一、空腔孔径不可控而限制了其下步应用。许鑫华等（单分散介孔二氧化硅中空纳米微球与制备方法，中国专利，公开号CN101857234A）以正硅酸乙酯，正辛胺，吐温，无机钠盐或钾盐在超声波的作用下制备出介孔二氧化硅中空纳米微球，其制备时间短暂但是纳米粒径只能做到200nm以下，限制了材料在催化等领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单分散性中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）聚苯乙烯微球的制备：

将苯乙烯、丙烯酰胺、G570和去离子水加入反应容器中，氮气保护下升温至60～80℃，在氮气吹扫后向反应体系中加入引发剂，反应后，得到聚苯乙烯微球；

2）单分散性中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备：

将聚苯乙烯微球溶液、阳离子表面活性剂加入PBS缓冲溶液中，超声分散后加入反应容器中，再加入正硅酸乙酯，反应后离心，将沉淀物干燥，煅烧，即得单分散性中空介孔二氧化硅纳米粒子。

在步骤1）中，所述苯乙烯、丙烯酰胺、G570、去离子水和引发剂的配比可为（15～25）ml∶（1～4）ml∶（0.01～0.05）ml∶（400～600）ml∶（0.2～1.0）g，其中苯乙烯、丙烯酰胺、G570、去离子水以体积计算，引发剂以质量计算；所述氮气吹扫的时间可为30min；所述引发剂可选自过硫酸钾、过硫酸铵等水溶性引发剂中的一种；所述反应的时间可为24h。

在步骤2）中，所述聚苯乙烯微球溶液、阳离子表面活性剂、PBS缓冲溶液和正硅酸乙酯的配比可为（0.5～2）ml∶（0.03～0.09）g∶（40～60）ml∶（0.1～0.3）ml，其中，聚苯乙烯微球溶液、PBS缓冲溶液和正硅酸乙酯以体积计算，阳离子表面活性剂以质量计算；所述阳离子表面活性剂可选自十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）等中的一种；所述PBS缓冲溶液的pH值可为7.4；所述超声分散的时间可为30min；所述反应的温度可为50～70℃，反应的时间可为4～8h；所述沉淀物干燥的条件可为在50℃的下干燥处理1.5h；所述煅烧的条件可为在550℃下煅烧处理6h。

本发明提供一种可以调控中空二氧化硅纳米粒子空腔尺寸且粒径分布均一、单分散性好的制备方法。首先采用无皂乳液聚合将苯乙烯、丙烯酰胺、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（G570）合成核壳聚合物微球，然后将聚合物微球、模板剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、正硅酸四乙酯、磷酸二氢钾和氢氧化钠分散于去离子水中，硅源在聚合物纳米微球表面水解缩合形成聚合物-二氧化硅复合纳米粒子，然后通过煅烧去除模板，得到具有中空结构的介孔二氧化硅纳米粒子。

本发明具有如下特点：

1、本发明操作简单、反应条件温和，实验原料价格低廉，经济性好；