CN102259871A - 利用lbl法合成介孔二氧化硅纳米管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用阴阳离子表面活性剂层层包裹碳纳米管，合成出介孔二氧化硅纳米管的方法，具体实施步骤为：将用浓硫酸和浓硝酸处理过的碳纳米管溶于聚苯乙烯磺酸（PSS）溶液，依次经过超声、离心和去离子水洗涤，然后溶于十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶液，依次经过超声、离心和洗涤；重复以上两步，可以得到PSS/CTAB不同层数包裹的碳纳米管；把PSS/CTAB包裹的碳纳米管溶于适宜浓度的CTAB溶液，调节PH为10~11，滴加四乙基硅烷反应，离心、洗涤，烘干，550摄氏度煅烧3小时，得到介孔二氧化硅纳米管。本发明过程简单，操作方便，可以通过连续层数的包覆达到需求的纳米级薄层，可以进行规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及利用LBL法包覆碳纳米管，并合成出介孔二氧化硅纳米管的方法。
背景技术
介孔二氧化硅材料有许多独特的性质，比如说：介孔结构稳定，比表面积大，孔的大小、容量可以控制并且其独特的表面性质利于不同大小、形状和功能的分子定点传送和吸附，特别是对于介孔二氧化硅纳米管，不但具有普通一般介孔二氧化硅的所有优点，还有其独特的中空结构，不但可以提高功能分子的载带效率，还可以与表面介孔载带不同的分子，实现材料的多功能化。
目前合成介孔二氧化硅纳米管的方法不多，操作繁琐，纳米管的直径和介孔大小不易控制。层层包裹（LBL）法是一种被认为形成介孔材料非常方便的方法。LBL法主要是以阴、阳离子聚合物之间的静电作用作驱动力，完成自组装过程。这种方法有以下优点：（1）过程简单，操作方便，不需要昂贵的测试仪器；（2）适用于多种不同的材料，比如聚合电解质、生物材料、无机纳米结构和分子自组装；（3）可以在多种材料上通过连续层数的包覆达到需求厚度的纳米级薄层。一种LBL的革新方法就是在胶体颗粒表面进行层层沉积，随后去除颗粒模板形成微孔胶囊。本发明的碳纳米管为模板，利用LBL方法合成了介孔二氧化硅，方法简单实用，易扩大生产。
发明内容
本发明的目的是利用LBL法合成介孔二氧化硅包覆CNTs，进而制备出介孔二氧化硅纳米管。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明一种利用LBL（layer-by-layer）法合成介孔二氧化硅纳米管的方法，其特征在于该法的具体步骤为：
a. 将50毫克用混酸（98%浓硫酸和63%浓硝酸，体积比为 3:1）处理过的碳纳米管（carbon nanotubes, CNTs）溶于30 毫升 1%聚苯乙烯磺酸（poly(styrenesulfonate)，PSS） 溶液中，常温超声30 分钟，然后15000 转/分 离心30 分钟去除上清液；得到的沉淀物再次溶于30 毫升去离子水中，超声离心出去多余的PSS；
b. 把上述a步骤中得到的PSS包覆的CNTs溶于30 毫升 0.5% 十六烷基三甲基溴化铵（Cetyltrimethylammonium Bromide，CTAB）溶液中，超声15 分钟，离心得到的沉淀物经去离子水洗涤，用同样的方法使PSS/CTAB交替吸附，得到五层PSS/CTAB包裹的CNTs；
c. 把上述五层PSS/CTAB包裹的CNTs溶于10 毫升 0.03% CTAB溶液，开始搅拌，加入100 微升 0.1 摩尔/升 氢氧化钠溶液调节PH为10~11，然后分3次每隔30 分钟加入6 微升四乙氧基硅烷（TEOS），继续反应12小时；然后经离心分离得到沉淀物；
d. 将离心得到的沉淀物经乙醇洗涤3次后，放在60摄氏度真空烘箱中烘干；然后在550摄氏度煅烧3小时，得到白色粉末即为介孔二氧化硅纳米管。
本发明的有关机理
本发明的机理是：PSS是阴离子表面活性剂，CTAB是阳离子表面活性剂，碳纳米管和PSS通过范德华力进行吸附结合，而PSS与CTAB是通过阴阳离子间正负电荷力的吸引而层层吸附。经过煅烧，PSS/CTAB与碳纳米管均被烧去消除，最后形成介孔二氧化硅纳米管。而碳纳米管是作为模板。
采用LBL法对CNTs进行层层包覆，在改善了CNTs溶解性的同时，利用表面活性剂和TEOS水解生成的聚阴离子进行静电聚积沉淀作用形成介孔，并且合成出介孔二氧化硅薄层。本发明过程简单，操作方便，可以通过连续层数的包覆达到需求的纳米级薄层，可以进行规模生产。
附图说明
图1是本发明实施例中样品a碳纳米管--二氧化硅复合物的TEM电镜照片。
图2是本发明实施例中样品b介孔二氧化硅纳米管的TEM电镜照片。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例一：本实施例中的介孔二氧化硅纳米管的合成过程和步骤如下所述：
(1) 用电子天平称取50 毫克经混酸处理过的碳纳米管，溶于30 毫升 1% PSS 溶液中，常温超声30 分钟，然后15000 转/分 离心30 分钟去除上清液。得到的沉淀物再次用去离子水洗涤。
(2) 把(1)中PSS包覆的CNTs溶于30 毫升 0.5% CTAB溶液中，超声15 分钟，离心得到的沉淀物经去离子水洗涤。
(3) 重复上述步骤，使PSS/CTAB交替吸附，得到五层PSS/CTAB包裹的CNTs。
(4) 用电子天平称取5毫克五层PSS/CTAB包裹的CNTs，溶于10 毫升 0.03% CTAB溶液，开始搅拌，加入100 微升 0.1摩尔/升 氢氧化钠溶液调节PH为10~11，然后分3次每隔30 分钟加入6 微升 TEOS，继续反应12小时。离心得到的沉淀物经乙醇洗涤3次后，放在60摄氏度真空烘箱中烘干，得到样品a，即碳纳米管一二氧化硅复合物。
将样品a在550摄氏度煅烧3小时，得到白色粉末即为介孔二氧化硅纳米管，即样品b。
Claims (1)
1.一种利用LBL（layer-by-layer）法合成介孔二氧化硅纳米管的方法，其特征在于该法的具体步骤为：
a.将50毫克用混酸（98%浓硫酸和63%浓硝酸，体积比为 3:1）处理过的碳纳米管（carbon nanotubes, CNTs）溶于30 毫升 1%聚苯乙烯磺酸（poly(styrenesulfonate)，PSS） 溶液中，常温超声30 分钟，然后15000 转/分 离心30 分钟去除上清液；得到的沉淀物再次溶于30 毫升去离子水中，超声离心出去多余的PSS；
b.把上述a步骤中得到的PSS包覆的CNTs溶于30 毫升 0.5% 十六烷基三甲基溴化铵（Cetyltrimethylammonium Bromide，CTAB）溶液中，超声15 分钟，离心得到的沉淀物经去离子水洗涤；用同样的方法使PSS/CTAB交替吸附，得到五层PSS/CTAB包裹的CNTs；
c.把上述五层PSS/CTAB包裹的CNTs溶于10 毫升 0.03% CTAB溶液，开始搅拌，加入100 微升 0.1 摩尔/升 氢氧化钠溶液调节PH为10~11；然后分3次每隔30 分钟加入6 微升四乙氧基硅烷，继续反应12小时；然后经离心分离得到沉淀物；
d.将离心得到的沉淀物经乙醇洗涤3次后，放在60摄氏度真空烘箱中烘干；然后在550摄氏度煅烧3小时，得到白色粉末即为介孔二氧化硅纳米管。
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