[发明专利]一种结构可控的周期性介孔有机氧化硅材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种结构可控的周期性介孔有机氧化硅材料及其制备方法，属于介孔材料技术领域，该方法首先利用模板法合成PMOs材料，再利用此时材料孔道仍然被模板剂占据且骨架结构灵活的特点，通过添加不同的钠盐或改变钠盐加入量并经水热再晶化使PMOs材料具有可控的介相结构及形貌，呈现出从三维立方结构到二维六方结构到蠕虫洞结构的变化。

技术领域

本发明属于介孔材料技术领域，具体涉及一种结构可控的周期性介孔有机氧化硅材料及其制备方法。

背景技术

周期性周期性介孔有机氧化硅材料材料(PMOs)是一种新型的有机无机杂化材料。它是以离子型表面活性剂或非离子型嵌段共聚物为模板剂，通过桥联有机倍半硅氧烷的水解和缩聚使有机基团嵌入到介孔材料的无机骨架之中。相比于传统的介孔二氧化硅材料，除了均一的孔径和较高的比表面积外，PMOs材料还具有一些新的特点，如表面疏水性/亲水性的可调性，优异的水热稳定性和吸附能力等。此外，PMOs骨架结构中存在的有机基团还可以通过进一步的功能化改性衍生出新的官能团。因此，PMOs材料在许多领域体现出巨大的应用潜力，特别是在化学工业(催化)，环境应用(污染物去除)和生物医疗(药物缓释)等方面。

众所周知，材料的结构与形貌的变化能够在一定程度上改变其光学、磁学、电学、力学及催化等方面的行为，因此在分子及宏观水平上的结构与几何形状控制对材料的性能有着非常重要的影响。目前，已经制备出具有不同结构和形貌的PMOs材料。然而大多数报道的PMOs材料的结构及形貌调控都需要通过在合成过程中使用分子结构复杂的模板剂或助剂实现。 Lu等以氟碳类表面活性剂FC-4和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的混合物为模板剂合成了乙基桥联PMOs，并通过改变两种表面活性剂的比例使PMOs从三维立方结构(Pm3n)逐渐转变为二维六方结构(P6mm)（J. Am. Chem. Soc., 128(2006) 6320）。Liang等利用[CH₃(CH₂)₁₅N(CH₃)₂(CH₂)₃N(CH₃)₃]²⁺2Br^- (C_16-3-1)为模板剂，通过调节表面活性剂的浓度实现了PMOs从三维立方（Fm3m）到二维六方结构(P6mm)的相变（J. Mater. Chem., 15(2005)3919）。Guan等则通过使用含有不同有机基团的桥联有机倍半硅氧烷为前驱体，分别合成出具有三维六方结构、三维立方结构及二维六方结构的PMOs材料（Nanoscale, 4(2012)6588）。Liu等以CTAB为模板剂，全氟辛酸钠为结构助剂合成了乙基桥联PMOs，通过增大全氟辛酸钠的加入量，实现了PMOs从二维六方结构到层状囊泡结构的转变（J. Nanosci.Nanotechno., 11(2011) 5215）。以上PMOs材料结构调控的方法需要对反应体系中的原料配比、反应条件等进行精细的控制，操作步骤繁琐且成本较高，极大的限制了PMOs材料的应用。此外，这些方法只能在材料合成的初始阶段，即硅源发生缩聚反应之前，通过调节原料混合物体系中聚合的控制因素，实现对PMOs材料结构的调控，然而对于结构已经形成的PMOs材料无法适用。目前尚没有通过后处理方法对PMOs结构及形貌进行调控的报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种结构可控的周期性介孔有机氧化硅材料及其制备方法，采用后处理方法，通过对已形成的PMOs材料进行再处理，实现其结构及形貌的调控。

一种结构可控的周期性介孔有机氧化硅材料，通过加入盐的种类、数量来调控周期性介孔有机氧化硅材料即PMOs的结构与形貌。

所述的PMOs，为含有模板剂的PMOs；所述的模板剂为阳离子表面活性剂。

所述的盐为含F^-、SO₄^2-的盐，得到三维立方结构（Pm3n）的PMOs，且随着加入量的增加，结构不变。