一种氧化硅介孔晶体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化硅介孔晶体及其制备方法。该氧化硅介孔晶体的孔道截面具有椭圆特征，孔道排列结构为四方晶系的ｐ２ｇｇ，孔径为３～４ｎｍ，比表面积为８００～１２００ｍ↑［２］／ｇ，晶体呈现出飞碟状外形，直径为０．１～２μｍ。该氧化硅介孔晶体通过阳离子表面活性剂的结构导向作用，以有机硅烷作为氧化硅材料源在碱性条件下合成而出。其在生物制药、工业催化、电子信息等领域有着广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无机介孔晶体及其制备方法，特别是具有椭圆形纳米孔道的四方p2gg结构的氧化硅介孔晶体及其制备方法。
技术介绍
有序介孔材料具有大的比表面积和孔体积、可调的孔结构、可调的孔径、可以修饰的表面性质以及可以控制的形貌等等优点，因而在分离、催化、传感以及作为合成其他材料的模板等各个领域都有非常大的应用潜力。在制备有序介孔材料时，通常需要用到有机表面活性剂作为结构导向剂，这些表面活性剂主要包括阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，见下列的非专利文献1～3。合成具有新型介观结构的有序多孔材料一直是有序介孔材料研究领域的热点，其不但具有重要的基础理论意义，也具有巨大的潜在应用价值。十多年来，多种具有不同介观结构的有序介孔材料的合成方法已经被报道，最近，本人利用手性阴离子表面活性剂首次合成了具有手性介观结构介孔二氧化硅材料，见非专利文献4。但是，在有序介孔材料中还有几种介观结构，包括四方晶系的p2gg结构，至今没有被发现。非专利文献1.Kresge，C.T.，Leonowicz，M.E.，Roth，W.J.，Vartuli，J.C.&Beck，J.S.Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystaltemplate mechanism，Nature 359，710(1992). 非专利文献2.Zhao，D.et al.Nonionic triblock and star diblock copolymer andoligomeric surfactant syntheses of highly ordered，hydrothermally stable，mesoproussilica structures，J.Am.Chem.Soc.120，6024(1998). 非专利文献3.Che，S.et al.A novel anionic surfactant templating route forsynthesizing mesoporous silica with unique structure，Nature Materials 2，801(2003). 非专利文献4.Che，S.et al.Synthesis and characterization of chiral mesoporoussilica，Nature 429，281(2004).
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种氧化硅介孔晶体及制备方法。本专利技术的一种氧化硅介孔晶体的结构特征如下孔道截面具有椭圆特征，孔道排列结构为四方晶系的p2gg，孔径为3～4nm，比表面积为800～1200m2/g，晶体呈现出飞碟状外形，直径为0.1～2μm。本专利技术的一种氧化硅介孔晶体是以有机硅烷为氧化硅源，以阳离子表面活性剂为结构导向剂，在碱性条件下制备而出。本专利技术的一种氧化硅介孔晶体的制备方法如下将阳离子表面活性剂溶于碱水中，搅拌并加热至313～353K，待阳离子表面活性剂完全溶解后，在保持搅拌的情况下，加入有机硅烷，加完后保持搅拌反应1～2小时，经过离心分离或者过滤得到固体物质，再用离子交换水洗涤，303～323K干燥一天，823K焙烧5～6小时，得到一种氧化硅介孔晶体；其中阳离子表面活性剂∶有机硅烷∶离子交换水∶碱的摩尔比为0.9∶6.8∶10000∶3.0～3.5。本专利技术所使用的阳离子表面活性剂，其结构式如下R-AB其中，R为C16、C18或C20的直链烷烃基；A为 或 B为Br-或Cl-；其中有1-十六烷基-3-甲基溴化咪唑、1-十八烷基-3-甲基溴化咪唑、1-二十烷基-3-甲基溴化咪唑、1-十六烷基-3-甲基氯化咪唑、1-十八烷基-3-甲基氯化咪唑、1-二十烷基-3-甲基氯化咪唑、十六烷基溴化吡啶、十八烷基溴化吡啶、二十烷基溴化吡啶、十六烷基氯化吡啶、十八烷基氯化吡啶、二十烷基氯化吡啶。本专利技术所使用的有机硅烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、三甲氧基甲基硅烷或二甲氧基二异丙基硅烷。本专利技术所使用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、甲胺或乙胺。本专利技术的一种氧化硅介孔晶体的制备方法中，采用较强的碱性条件，此时氧化硅墙壁表面负电荷密度比较大，根据电荷密度匹配理论，圆柱状表面活性剂胶束与其自组装时，胶束曲率会相应减小；另一方面，由于氧化硅墙壁表面负电荷密度比较大，进入二氧化硅骨架里边的表面活性剂数量相应的会比较多。这两个原因综合在一起导致了椭圆形柱状胶束的形成，进而导向形成椭圆形的纳米孔道。椭圆形柱状胶束具有四极偶极距，因此其在相互堆积时能够形成四方p2gg结构。本专利技术的一种氧化硅介孔晶体，由于其四方晶系的p2gg的孔道结构、椭圆形的孔道截面、均匀的孔径(3～4nm)、极高的表面积(800～1200m2/g)以及均匀规则的晶体形貌，在生物制药、工业催化、电子信息等领域有着广泛的应用前景。附图说明图1是实施例1所得到的氧化硅介孔晶体的高分辨电子透射电镜照片。图2是实施例1所得到的氧化硅介孔晶体的电子扫描电镜照片。具体的实施方式以下的实施例是本专利技术的进一步说明，而不是限制本专利技术的范围。实施例1将0.208g(0.5mmol)1-十八烷基-3-甲基溴化咪唑溶于18.0g的0.1mol/L氢氧化钠溶液和82.0g的离子交换水的混合溶液中，搅拌并加热至323K，待表面活性剂完全溶解后，在保持搅拌的情况下，加入0.8g(3.8mmol)四乙氧基硅烷，加完后保持搅拌反应1小时，经过离心分离得到固体物质，再用离子交换水洗涤，313K干燥一天，823K焙烧6小时，得到一种氧化硅介孔晶体。该氧化硅介孔晶体的孔径是3.2nm，比表面积为1091m2/g，图1是该氧化硅介孔晶体的高分辨电子透射电镜照片，其显示该氧化硅介孔晶体具有四方晶系的p2gg的孔道结构，孔道截面呈椭圆形，图2是该氧化硅介孔晶体的电子扫描电镜照片，其显示该氧化硅介孔晶体均匀规则，具有飞碟状外形，直径为200～500nm。实施例2将0.201g(0.5mmol)十六烷基溴化吡啶溶于25.0g的0.1mol/L氢氧化钠溶液和75.0g的离子交换水的混合溶液中，搅拌并加热至323K，待表面活性剂完全溶解后，在保持搅拌的情况下，加入0.8g(3.8mmol)四乙氧基硅烷，加完后保持搅拌反应1小时，经过离心分离得到固体物质，再用离子交换水洗涤，313K干燥一天，823K焙烧6小时，得到一种氧化硅介孔晶体。该氧化硅介孔晶体的孔径是3.0nm，比表面积为850m2/g，晶体直径100～300nm。权利要求1.一种氧化硅介孔晶体，其特征在于结构特征如下孔道截面具有椭圆特征，孔道排列结构为四方晶系的p2gg，孔径为3～4nm，比表面积为800～1200m2/g，晶体呈现出飞碟状外形，直径为0.1～2μm。2.根据权利要求1所述的一种氧化硅介孔晶体的制备方法，其特征在于制备方法如下将阳离子表面活性剂溶于碱水中，搅拌并加热至313～353K，待阳离子表面活性剂完全溶解后，在保持搅拌的情况下，加入有机硅烷，加完后保持搅拌反应1～2小时，经过离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化硅介孔晶体，其特征在于结构特征如下：孔道截面具有椭圆特征，孔道排列结构为四方晶系的ｐ２ｇｇ，孔径为３～４ｎｍ，比表面积为８００～１２００ｍ↑［２］／ｇ，晶体呈现出飞碟状外形，直径为０．１～２μｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：车顺爱，邱惠斌，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]