[发明专利]负载纳米氧化锌的三维多孔海绵复合材料

说明书

本发明公开了一种负载纳米氧化锌的三维多孔海绵复合材料，将海绵作为载体，通过静电作用层层自组装纳米氧化锌颗粒。本发明以商业海绵作为模板指引纳米氧化锌的三维宏观自组装，制备出可在吸附材料、光催化材料、光电器件、生物医药领域具有广泛应用前景的三维宏观纳米结构单元组装体。

技术领域

本发明涉及一种负载纳米氧化锌的三维多孔海绵复合材料，属纳米复合材料领域。

背景技术

无机纳米材料是指尺寸处于1-100nm的材料，相对于其它纳米材料，无机纳米材料具有制备简单，成本低廉、粒径均一等优势，在光催化、太阳能电池、生物、医药、纺织、印染、可穿戴电子设备等领域有着广泛的研究和应用。在众多类型的无机纳米材料中，氧化锌占据着重要的位置。纳米氧化锌是一种重要的光电半导体材料，在室温下具有较宽的禁带宽度（3.37eV）和较大的激子束缚能。纳米氧化锌具有许多优良的物理和化学性能，如较高的化学稳定性，无毒和非迁移性，低介电常数，光催化性能，荧光性，压电性，吸收和散射紫外线的能力等，因此纳米氧化锌在许多领域都具有重要的研究意义，并表现出诱人的应用前景。近年来纳米氧化锌在催化剂、气体传感器、半导体器件、压敏电阻、压电器件、场致发射显示器和紫外遮光材料等领域被广泛使用。

在过去的十年里，研究人员对纳米颗粒的组装体研究兴趣越来越高，他们在纳米结构单元的一维、二维、三维自组装和指引组装方面已经做了大量的工作。模板法是制备纳米组装体的最常用方法，其在过去十年里已取得了快速发展，但纳米结构单元组装体作为材料设计和制备的新技术，必须要能在当前的加工技术和设备条件下实现规模化生产，而这正是当前模板法制备纳米组装体的一个难点。因此，还需简化组装流程，采用廉价易得的模板材料，开发纳米组装体的宏量制备技术，最终实现纳米组装体的实际应用。

中国科学技术大学俞书宏课题组在这方面做了一系列的工作。该课题组以廉价易得的商业海绵以海绵为模板制备了一系列纳米结构的单元组装体。他们以海绵为模板制备了金/二氧化铈纳米线三维材料（以海绵为载体负载金/二氧化铈纳米线三维材料的制备及其在连续流动系统中原位还原对硝基苯酚(英文)[J]. Science Bulletin,2016,61(09):700-705）；以海绵作为宏观三维框架模板，通过简单的纳米浆料浸涂手段，使银纳米线（AgNWs）在海绵框架模板的指引下，形成具有双重网络结构的AgNWs三维宏观组装体；采用纳米浆料浸涂工艺，以商用聚合物海绵为模板指引氧化石墨烯（GO）的三维组装，制备出具有微米级互通孔洞结构的三维GO宏观组装体，经HI酸还原后可得相应的还原石墨烯（RGO）三维宏观组装体；以商业聚合物海绵为模板，通过纳米浆料浸渍过程，将疏水二氧化硅纳米颗粒（SiO₂ NPs）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）橡胶的混合物包覆到海绵的骨架表面上，制备出多孔疏水亲油性材料。（基于海绵模板指引的宏观纳米组装体制备及应用研究[D].中国科学技术大学,2016）。上海大学李辈辈使用聚氨酯（PU）海绵作为基体材料，通过石墨烯进行浸涂改性，制备超疏水超亲油的聚氨酯海绵吸油材料；为了提高石墨烯在海绵表面的稳定性，利用硅烷偶联剂KH-570对石墨烯进行改性，再通过浸涂方法将改性石墨烯负载到海绵上，从而得到改性石墨烯负载的海绵（亲油疏水型海绵和膜基油水分离材料的制备及其性能研究[D].上海大学,2016）。此外，还有以海绵为基体，组装纳米银、Fe₃O₄颗粒、二硫化钼、碳纳米管、二氧化钛等纳米材料的文献报道（聚二甲基硅氧烷/微纳米银/聚多巴胺修饰的超疏水海绵的制备和应用[J]. 应用化学,2015,32(06):726-732；亲油疏水型海绵和膜基油水分离材料的制备及其性能研究[D].上海大学,2016；超疏水聚氨酯(PU)海绵的制备及油水分离特性研究[D].哈尔滨工业大学,2014；基于重氮化学超疏水海绵的制备及表征[D].哈尔滨工业大学,2016；人工晶体学报,2017,46(01):134-138；磁响应聚氨酯海绵的制备及吸油性能研究[J]. 化工新型材料,2017,45(02):239-241；聚氨酯海绵负载二氧化钛/石墨烯复合蒙脱土漂浮材料可见光降解17α-乙炔基雌二醇[J]. 河海大学学报(自然科学版),2017,45(02):116-121；超疏水超亲油材料的制备及其油水分离性能研究[D].东北石油大学,2016；超浸润油水分离材料的制备及其性能研究[D].江苏大学,2016；中国发明专利CN201510443105.9聚氨酯海绵负载银石墨烯二氧化钛纳米粒子复合材料、制备方法及应用；中国发明专利CN201410170974.4构造氧化锌微细结构改性聚氨酯海绵表面的海绵材料及其制备方法）。