專利名稱：主-客體納米復合材料的超聲波制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種主-客體納米復合材料的超聲波制備方法，用于介孔及微孔等孔 道類復合材料的制備，屬于無機功能材料制備技術領域。
背景技術：
納米組裝是近年來隨著納米元器件的發(fā)展，在納米材料制備領域提出的一種制備 有序結構納米復合材料的方法。其機理是以分立單一的納米顆粒、納米線、納米片等納米材 料作為結構單元，運用原子或分子間強或弱的相互作用力，如化學鍵、靜電吸引、氫鍵等，將 各個結構單元連接起來，形成具有有序排列的結構，從而得到一種復合材料，該復合材料作 為一種納米元器件，具有集成的功用。介孔分子篩的出現(xiàn)為主_客體組裝化學提供了一種主體材料，利用主_客體之間 的相互作用，不僅可以改善客體材料的物理和化學性質(zhì)，還可以充分利用有序的孔道作為 模板，定向制備新穎的納米結構材料。如選取介孔分子篩為主體，將純物質(zhì)或復合材料作為 客體，在分子篩孔道內(nèi)作定向生長或分布排列組裝，制造出具有可控的微觀結構的納米客 體，從而構筑不同的納米復合材料。這將有利于實現(xiàn)從分子水平生產(chǎn)光學、電學、磁學等元 件。向介孔分子篩中組裝的客體材料分為金屬、金屬配合物、半導體，以及其它無 機物、有機物、生物大分子、聚合物和碳。使客體材料的前驅(qū)體進入介孔分子篩孔道的 方法很多，包括離子交換、溶液浸漬、吸附、化學氣相沉積(CVD)、金屬有機化學氣相沉積 (MOCVD)、熱擴散、前驅(qū)體原位合成等。這些方法有一個共同的缺點，那就是生產(chǎn)周期長， 操作較為繁瑣，有些方法對前驅(qū)體要求較為嚴格，受外界環(huán)境影響較大。美國2008年一 M W ((J- Solid State Chem. )) fIj ^ T 一 Ira IS ^J "Preparation and Characterization of (SBA-15) -La203host-guest composite materials” 的文章，公開了一項被稱為微波固相 法的制備主_客體納米復合材料的方法，該方法不僅操作簡單，而且制備效率也很高。然 而，該方法雖然能夠克服上述各方法的不足，但是，由于在微波處理過程中必然伴隨著加熱 過程，限制了客體材料的選擇，因為許多材料遇熱會分解，如絕大多數(shù)藥物和大部分染料， 因此，微波固相法無法用于將這類客體材料向介孔分子篩中組裝。

發(fā)明內(nèi)容
為了獲得一種操作簡單，制備效率高，且適用于遇熱分解客體材料，我們發(fā)明了一 種主_客體納米復合材料的超聲波制備方法。本發(fā)明之主_客體納米復合材料的超聲波制備方法是這樣實現(xiàn)的，將主體材料與 客體材料混合得到混合物，其特征在于，主體材料為介孔分子篩，將混合物置于超聲波中， 完成主_客體納米復合材料的制備。本發(fā)明之主-客體納米復合材料的超聲波制備方法其優(yōu)點在于，屬于后組裝方 法，具有操作簡單、制備效率高的特點，與微波固相法一樣，合成過程需時很短，如30min即可。超聲波以其聲能促使客體材料向主體材料中的組裝，不存在加熱，因此，不會導致客體 材料的熱分解，實現(xiàn)了遇熱分解客體材料向主體材料中的簡單、快速組裝。另外，客體材料 不論是離子、氧化物、有機大分子，還是納米固體顆粒，均適用于該方法。該方法對主體材料 介孔分子篩的破壞很小，使得被組裝的客體材料主要分布在介孔分子篩的孔道內(nèi)，并且，高 度有序一維六方形孔道結構得以保存。


圖1是樣品的小角度XRD圖。圖2是樣品的紅外光譜圖，該圖兼作為摘要附圖。圖 3是樣品的激發(fā)光譜圖。圖4是樣品的發(fā)射光譜圖。圖5是樣品的光致發(fā)光光譜圖。在圖 1 圖5中，曲線(a)屬于采用固相超聲波法合成的產(chǎn)物；曲線(b)屬于采用液相超聲波法 合成的產(chǎn)物；曲線(c)屬于主體材料SBA-15分子篩源粉；曲線(d)屬于客體材料納米源粉。 圖6是采用本發(fā)明之方法制備的主-客體納米復合材料的TEM照片，(a)是沿著平行于采 用固相超聲波法合成的產(chǎn)物孔道方向拍攝的TEM照片；(b)是沿著垂直于采用固相超聲波 法合成的產(chǎn)物孔道方向拍攝的TEM照片；(c)是沿著平行于采用液相超聲波法合成的產(chǎn)物 孔道方向拍攝的TEM照片；(d)是沿著垂直于采用液相超聲波法合成的產(chǎn)物孔道方向拍攝 的TEM照片。
具體實施例方式本發(fā)明之主_客體納米復合材料的超聲波制備方法是這樣實現(xiàn)的，將主體材料與 客體材料混合得到混合物，主體材料為介孔分子篩，將混合物置于超聲波中，完成主_客體 納米復合材料的制備。本發(fā)明之方法進一步分為兩種，一種是固相超聲波法，在主體材料與 客體材料的混合物中只有該兩種材料；另一種是液相超聲波法，在主體材料與客體材料的 混合物中還有液相分散介質(zhì)。下面是采用固相超聲波法制備主-客體納米復合材料的例子 (1)分別取0. 27g已鍛燒的主體材料SBA-15分子篩粉末和0. 03g客體材料納米氧 化銪粉末，并裝于坩堝中。(2)將二者于坩堝中用玻璃棒攪拌研磨使之均勻混合。(3)把坩堝密封好，放置于超聲波波源中，如加入了水的超聲波清洗器，固定坩堝， 超聲波處理30min。(4)關閉超聲波波源，取出坩堝，得到所需產(chǎn)物。下面是采用液相超聲波法制備主_客體納米復合材料的例子(1)分別取0. 27g已鍛燒的主體材料SBA-15分子篩粉末和0. 03g客體材料納米氧 化銪粉末，并裝于燒杯中。(2)向燒杯中加入60ml液相分散介質(zhì)，如去離子水，得到混合液，磁力攪拌，使主 體材料、客體材料均勻混合、高度分散。(3)將盛有混合液的燒杯置于超聲波波源中，如加入了水的超聲波清洗器中，固定 燒杯，超聲波處理30min。(4)關閉超聲波波源，取出燒杯，將混合液過濾，得到濾出物。(5)將濾出物自然初步干燥，然后放在烘箱中，在60°C溫度下烘干，得到所需粉末
4狀產(chǎn)物。見圖1所示，SBA-15分子篩出現(xiàn)4個衍射峰，分別歸屬于(100)、(110)、(200)、 (210)晶面衍射。制得的兩份主-客體納米復合材料都出現(xiàn)3個衍射峰，分別與SBA-15分 子篩的衍射峰相對應，這說明，在SBA-15分子篩中組裝客體材料后，其六方型孔道結構得 以完好保存。見圖2所示，客體材料納米源粉樣品在測定范圍內(nèi)有4個吸收峰，這些吸收峰分別 位于420CHT1、532CHT1、858CHT1、1120CHT1處。制得的兩份主-客體納米復合材料都呈現(xiàn)出4 個主要吸收峰。這些吸收峰的存在，可以充分證明SBA-15分子篩骨架的存在。可以看出制 得的兩份主-客體納米復合材料的紅外譜圖和SBA-15分子篩源粉的紅外譜圖基本一致，在 所制得的兩份主-客體納米復合材料的紅外譜圖中并沒有出現(xiàn)明顯的客體材料的紅外特 征峰，這說明組裝后客體材料主要分布在SBA-15分子篩孔道中，沒有聚集的客體材料分布 于SBA-15的外表面上。見圖3、圖4所示，制得的兩份主_客體納米復合材料與客體材料源粉最高激發(fā) 峰位所對應的波長分別是530nm、528nm、538nm，最高發(fā)射峰位所對應的波長分別是302nm、 301nm、307nm，因此，制得的兩份主-客體納米復合材料的激發(fā)峰位的波長分別發(fā)生了 8nm、 IOnm的藍移，發(fā)射峰分別發(fā)生了 5nm、6nm的藍移。制得的兩份主-客體納米復合材料在某 些波長較客體材料源粉有光波被“過濾”或減弱現(xiàn)象，例如在激發(fā)光譜中制得的兩份主_客 體納米復合材料在eiOnm處有明顯的減弱趨勢，在發(fā)射光譜中，在350nm之后的光波消失。見圖5所示，制得的兩份主-客體納米復合材料在612nm處的吸收峰與客體材料 源粉相比有明顯的寬化現(xiàn)象，在紫外光區(qū)和黃色光區(qū)也出現(xiàn)了吸收峰。見圖6所示，制得的兩份主_客體納米復合材料垂直于孔道方向具有高度有序的 平面六方型的介孔孔道，平行于孔道方向具有整齊的橫格結構。在SBA-15分子篩孔道內(nèi)組 裝了客體材料后，SBA-15分子篩的平面六方的介孔孔道結構得以保存，而且看不到聚集的 客體材料顆粒的存在。
權利要求
一種主 客體納米復合材料的超聲波制備方法，將主體材料與客體材料混合得到混合物，其特征在于，主體材料為介孔分子篩，將混合物置于超聲波中，完成主 客體納米復合材料的制備。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲波制備方法，其特征在于，該方法進一步分為兩種，一種 是固相超聲波法，在主體材料與客體材料的混合物中只有該兩種材料；另一種是液相超聲 波法，在主體材料與客體材料的混合物中還有液相分散介質(zhì)。
全文摘要
主-客體納米復合材料的超聲波制備方法屬于無機功能材料制備技術領域?，F(xiàn)有離子交換等方法生產(chǎn)周期長，操作較為繁瑣，有些方法對前驅(qū)體要求較為嚴格，受外界環(huán)境影響較大；現(xiàn)有微波固相法伴隨著加熱過程，不適用于遇熱分解的客體材料。本發(fā)明之主-客體納米復合材料的超聲波制備方法將主體材料與客體材料混合得到混合物，主體材料為介孔分子篩，將混合物置于超聲波中，完成主-客體納米復合材料的制備。用于介孔及微孔等孔道類復合材料的制備。
文檔編號B82B3/00GK101973516SQ20101029706
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者于輝, 樊磊, 翟慶洲, 胡偉華 申請人:長春理工大學