[发明专利]一种基于摇铃形结构模板制备双层中空纳米硅酸锰的方法

说明书

本发明公开了一种基于摇铃形结构模板制备双层中空纳米硅酸锰的方法。采用独特的摇铃形核壳结构的介孔二氧化硅包覆的ZIF‑8纳米复合物颗粒作为模板，利用其中介孔二氧化硅的孔道结构和ZIF‑8咪唑酯框架在酸碱条件下易分解的特点，通过铵根离子(NH₄⁺)水解来控制体系的氢氧根离子(OH^‑)的释放速率和总的浓度。最终能够形成稳定构型的、具有较高比表面积(445.3m²/g)的双层中空纳米硅酸锰纳米颗粒。本发明制备得到的双层中空Mn(SiO₄)纳米颗粒分散性好，形貌、尺寸均一，合成方法工艺简单，经济节约，可重复性高。且制备得到的纳米颗粒，在模拟体液中表现出很好的可生物降解的能力。在电子、能源、环境、生命等领域具有广泛的应用前景。

技术领域：

本发明涉及双层中空硅酸锰纳米颗粒的制备方法和工艺，具体为采用独特的摇铃形核壳结构的介孔二氧化硅包覆的ZIF-8(以下简称ZIF-8@mSiO₂)纳米复合物颗粒作为模板，利用其中介孔二氧化硅的孔道结构和ZIF-8咪唑酯框架在酸碱条件下易分解的特点，在10～35℃或50～180℃的温度条件下，通过铵根离子(NH₄⁺)水解来控制体系的氢氧根离子(OH^-)的释放速率和总的浓度。首先OH^-在模板的表面将壳的外层Si-O键转化形成硅酸根离子(SiO₃^2-)，并一部分进入孔道到达壳内部，使其内层Si-O键转化形成SiO₃^2-；由于内核的ZIF-8缓冲作用，OH^-逐步分解ZIF-8，使得模板内外表面有足够空间与体系中的锰离子(Mn²⁺)发生反应，经持续反应4～48小时，最终能够形成稳定构型的双层中空Mn(SiO₄)纳米颗粒。

背景技术：

硅酸锰的主要化学式为MnSiO₃，其在自然界中主要存在于锰矿中，且储量丰富。因其独特的层状分子结构及较高的比表面积，在能源、催化、环境等领域表现出了很好的研究价值。然而，从锰矿中分离得到天然硅酸锰的工艺复杂，且纯度较低，而限制了其在各领域的广泛应用。因此，人工合成具有较高纯度、结构良好且更高比表面积的单纯硅酸锰具有很强的研究意义。

随着纳米科学与技术的发展，纳米材料在各领域中表现出优异的性能。为了制备具有较高比表面积的硅酸锰纳米材料，目前已报道多种具有不同结构(包括实心、核壳和中空结构)和组成(包括不同价态和不同金属元素组成的含锰硅酸盐)的硅酸锰纳米颗粒的制备方法。如模板-沉淀法、自组装法、化学沉积法、水热法、溶胶凝胶法等。