專利名稱：一種合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法。
背景技術(shù)：
納米孔氧化硅材料由于其豐富的孔道結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，在催化和吸附領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。近年來，人們越來越認識到，除了納米孔氧化硅本身的孔徑和孔道結(jié)構(gòu)，它的微觀形貌也在很大程度上影響了它的實際性能。其中一個很重要的方面就是將產(chǎn)品的尺寸控制在亞微米級或納米級。納米孔氧化硅的納米粒子和納米纖維相繼通過各種方法被合成。但是由于這些材料的尺寸太小，在合成和應(yīng)用過程中的操作都很不方便。相比之下，二維納米孔材料就有明顯的優(yōu)勢。它具有納米粒子和納米纖維的優(yōu)點，即擴散途徑短和較大的外比表面積，而它的操作要比納米粒子和納米纖維方便得多。目前現(xiàn)有的二維薄片氧化硅孔材料主要包括傳統(tǒng)的層狀硅酸鹽和中孔層狀氧化硅。但是這些材料的層板上一般都沒有孔結(jié)構(gòu)，客體分子只能從層板間隙擴散進入材料內(nèi)部，并且有些材料在焙燒后結(jié)構(gòu)會發(fā)生坍塌，從而限制了這些材料在催化和吸附上的應(yīng)用。
自從1992年有序中孔氧化硅首次被合成以來，各類表面活性劑相繼被應(yīng)用于合成中孔氧化硅。1995年，Pinnavaia等人首次采用長鏈烷基伯胺作為模板劑，以正硅酸乙酯為硅源，合成了具有三維連續(xù)孔道結(jié)構(gòu)的中孔氧化硅。并且該產(chǎn)品在作為催化劑載體應(yīng)用時，性能要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的MCM-41中孔氧化硅。但是由于長鏈烷基伯胺的表面活性能力較弱，并且難溶于水，產(chǎn)品的形貌控制方面的工作一直不太理想。所以如果能保留其三維連續(xù)孔道結(jié)構(gòu)，同時又將其制備成二維薄片材料的話，在催化和吸附上都將有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是獲得一種方法簡捷易控、產(chǎn)品形貌良好、結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定、厚度可調(diào)的具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法。
本發(fā)明所涉及的合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法如下1.將一定量的長鏈烷基伯胺溶于醇，然后加入一定量的水和濃氨水，攪拌使析出的長鏈烷基伯胺重新溶解；2.稱取一定量的硅酯，加入劇烈攪拌的長鏈烷基伯胺的醇/水溶液，繼續(xù)攪拌至硅酯均勻分散后停止，在一定溫度下放置一定時間；
3.將產(chǎn)品抽濾、洗滌、干燥和高溫焙燒后即得成品。
上述1中所說長鏈烷基伯胺如十六胺、十八胺等具有長鏈烷基結(jié)構(gòu)的伯胺，醇如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇等能與水無限互溶的醇或這些醇的混合物。長鏈烷基伯胺的用量為每升溶劑1.5～5.5克，醇和水的體積比為0.9～1.4，濃氨水為市售35-38wt％的氨水，其用量為每升溶劑10～40克。
2中所說的硅酯如正硅酸乙酯、正硅酸甲酯等能水解成為氧化硅的酯類物質(zhì)。硅酯的用量是每升溶劑5～30克。合成溫度是常溫，合成時間是4-24小時。
3中所說的焙燒溫度可以是500～650℃，焙燒時間可以是2～10小時。
本發(fā)明更好的條件是長鏈烷基伯胺是十六胺或十八胺。
所用醇是甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇中的任一種或是它們的混合醇。
硅酯是正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。
長鏈烷基伯胺的用量為每升溶劑3.0～5.0克，醇和水的體積比為1.0～1.2，氨水的用量為每升溶劑20～30克。硅酯的用量是每升溶劑15～25克。
合成溫度是10～35℃，合成時間是12～24小時。
焙燒溫度是550～600℃，焙燒時間是4～6小時。
上述條件既提高了制備效率，又保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明方法獲得的氧化硅薄片厚度可通過控制長鏈烷基伯胺和硅酯的加入量進行調(diào)節(jié)，一般可在5-500nm范圍。
本發(fā)明方法獲得的氧化硅薄片在吸附劑或催化劑載體領(lǐng)域有廣泛用途。
本發(fā)明可以制備的具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片具有豐富的納米孔結(jié)構(gòu)，并且材料有一維在納米級或亞微米級，相對傳統(tǒng)形貌產(chǎn)品具有大的外比表面積和較短的擴散途徑，可以在催化反應(yīng)中提高反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴散速度。氧化硅薄片的厚度可以通過加入硅酯和長鏈烷基伯胺的量進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明方法簡捷易控，適合產(chǎn)業(yè)化需求，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能良好，在吸附、催化領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。


圖1是產(chǎn)品A1的掃描電鏡圖(標尺為5微米)。
圖2是產(chǎn)品A1的透射電鏡圖(標尺為1微米，插入圖的標尺為20納米)。
圖3是產(chǎn)品A1的氮吸附曲線圖。
具體實施例方式
下面的實例是對本發(fā)明所提供的合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片所做的進一步說明。
實例1稱取0.6克十六胺溶于60毫升乙醇，加入60毫升水和2.0克濃氨水，攪拌至十六胺完全溶解。劇烈攪拌下，加入2.4克正硅酸乙酯，繼續(xù)攪拌至正硅酸乙酯均勻分散。停止攪拌后，在室溫放置12小時，抽濾，用乙醇洗滌，90℃干燥過夜。最后在600℃空氣氣氛下焙燒4小時除去模板劑。產(chǎn)品記為A1。
實例2～6按實例1所述的方法合成，但正硅酸乙酯的加入量改變?yōu)?.6、1.2、1.8、3.0和3.6克，其它反應(yīng)物的配比和反應(yīng)條件均不改變。制得的產(chǎn)品記為A2、A3、A4、A5和A6。
實例7～10按實例1所述的方法合成，但十六胺的加入量改變?yōu)?.2、0.3、0.4和0.5克，其它反應(yīng)物的配比和反應(yīng)條件均不改變。制得的產(chǎn)品記為A7、A8、A9和A10。
掃描電鏡和透射電鏡照片分別在Philips XL30掃描電子顯微鏡和JEOL-2010透射電子顯微鏡上拍攝，加速電壓分別為20kV和200kV。氮吸附曲線在ASAP-2000型物理吸附儀上測定。
上述實例得到的氧化硅薄片產(chǎn)品的平均厚度如下

權(quán)利要求
1.一種合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法，其特征在于通過硅酯在長鏈烷基伯胺的醇/水溶液中的水解反應(yīng)生成氧化硅，然后高溫焙燒除去模板劑，具體條件是(1)長鏈烷基伯胺的用量為每升溶劑1.5～5.5克，醇和水的體積比為0.9～1.4，氨水的用量為每升溶劑10～40克，硅酯的用量是每升溶劑5～30克；(2)水解合成溫度是常溫，合成時間是4-24小時；(3)高溫焙燒溫度是500～650℃，焙燒時間是2～10小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法，其特征在于長鏈烷基伯胺是十六胺或十八胺有長鏈烷基結(jié)構(gòu)的伯胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法，其特征在于醇是甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇中的任一種或是它們的混合醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法，其特征在于硅酯是正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法，其特征在于長鏈烷基伯胺的用量為每升溶劑3.0～5.0克，醇和水的體積比為1.0～1.2，氨水的用量為每升溶劑20～30克，硅酯的用量是每升溶劑15～25克。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法，其特征在于水解合成溫度是10～35℃，合成時間是12～24小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法，其特征在于焙燒溫度是550～600℃，焙燒時間是4～6小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法獲得的氧化硅薄片的厚度是5-500nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)氧化硅薄片的方法，其特征在于該方法制備的氧化硅薄片在于吸附劑或催化劑載體領(lǐng)域的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明是一種合成具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)的氧化硅薄片的方法。現(xiàn)有的氧化硅類薄片材料主要包括層狀硅酸鹽和層狀中孔氧化硅，但是由于這些材料的層板一般都是封閉的，客體分子只能通過層板間隙擴散進入材料內(nèi)部。本發(fā)明方法利用硅酯作為硅源，長鏈烷基伯胺作為模板劑，在醇/水混和溶劑中常溫條件下合成了具有三維連續(xù)納米孔道結(jié)構(gòu)的氧化硅薄片。同時通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物的配比，可以在納米級到亞微米級范圍內(nèi)控制薄片的厚度。該制備方法操作簡便，成本低廉，由于氧化硅薄片的表面有豐富的孔口，非常有利于客體分子的擴散，可以用作吸附劑或催化劑載體。
文檔編號C01B33/12GK1683241SQ200510023919
公開日2005年10月19日 申請日期2005年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月6日
發(fā)明者山巍, 王波, 唐頤 申請人:復旦大學