CN103506118B - 一种制备介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料的方法 - Google Patents

一种制备介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制备介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料的方法，包括下列步骤：(1)、将二氧化硅球放入去离子水中，超声分散形成白色乳液；(2)、然后将一定量含铜化合物和少量氨水加入到去离子水中形成混合溶液；(3)、将两份溶液混合，搅拌一定时间，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在室温～95℃之间，机械搅拌0～30h，在空气中冷却至室温，离心、洗涤并干燥后得到介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料。本发明所涉及原料廉价易得，成本低，产品工艺简单易实现，产品质量稳定且工艺重复性能好，易于实现批量化制备。

Description

一种制备介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料及其制备方法，具体涉及一种水浴法介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料制备方法。
背景技术
近年来，微/纳米尺度硅酸盐核壳复合材料因其在催化剂、电池、气敏元件、药物控释、光电材料等方面的应用，引起人们广泛的关注。设计和制造具有核壳结构的硅酸盐复合材料受到人们越来越多的重视，也是材料科学前沿的一个日益重要的研究领域。特别是在催化过程中，铜的存在形式对其催化效果有着重要的影响，介孔状二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料，其比表面积大，具有催化活性强、催化剂载容量高的特点。而水浴法合成介孔状二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料，主要是因为水浴法有许多优点：使物体受热均匀，减慢熔化过程，便于观察研究诸如反应温度、浓度、时间、添加剂等因素对产物形貌的影响，研究其生长机理以达到可控制备的目的，对于的实际应用有着重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料及其制备方法，本发明其制备工艺简单，且易于批量生产。
本发明采用以下技术方案：
1、将二氧化硅球放入去离子水中，超声分散形成白色乳液；
2、然后将一定量含铜化合物和少量氨水加入到去离子水中形成混合溶液；
3、将两份溶液混合，搅拌一定时间，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在室温～95℃之间，机械搅拌0～30h，待充在空气中冷却至室温，离心、洗涤并干燥后得到介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料。
较佳的，步骤1中将0.12g二氧化硅超声分散在35mL去离子水中，形成白色乳液。
较佳的，步骤1中所述二氧化硅根据法制备。
较佳的，步骤2中含铜化合物为硝酸铜。
较佳的，步骤3中，将搅拌均匀的混合液放入水浴前，需要搅拌30min～1h。
较佳的，步骤3中，在水浴条件下，水浴温度在室温～95℃之间。
较佳的，步骤3中，在水浴条件下，机械搅拌时间为3-30h。
较佳的，所得产物为介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料。
本发明所述二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料中，碱式硅酸铜代表壳，二氧化硅代表核。
本发明所得产品工艺简单易实现，产品质量稳定且工艺重复性能好，易于实现批量化制备；通过控制水浴温度、反应时间及铜源，得到了分散性，尺寸均匀的介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料，其比表面积大，具有催化活性强、催化剂载容量高的特点，因此在催化材料方面有很好的应用，为功能材料的开发应用奠定了良好的基础。
附图说明
图1为不同温度下合成下合成二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料的SEM照片：(a)90℃(b)70℃(c)50℃(d)室温。
图2为不同温度下合成二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料的TEM照片：(a)90℃(b)70℃(c)50℃(d)室温。
图3为本发明制备的介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料的SEM照片，反应时间为(a)0h(b)8h(c)12h(d)24h。
图4为本发明制备的介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料的TEM照片：(a)0h(b)8h(c)12h(d)24h。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
以下实施例中所用氨水的氨含量为25％～28％(质量百分比)。
实施例1
具体步骤如下：
(1)将采用法[W，FinkA，BohnE，Controlledgrowthofmonodispersesilicaspheresinmicronsizerange，J.ColloidInterfaceSci.，1968，26(1)：62-69]制备的0.12g二氧化硅放入35mL去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.037g硝酸铜加入1mL氨水(含氨25％～28％)溶于35mL去离子水中；
(3)将上述两份溶液混合，搅拌30min，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在90℃，机械搅拌12h，在空气中冷却至室温，离心、洗涤并干燥后得产品。
(4)产物经X射线衍射鉴定为二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料；形貌和结构通过SEM和TEM进行了表征，如图1a和2a所示。从图1a中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜为球形，表面较粗糙，具有介孔结构；从2a中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜具有明显的介孔核壳结构。
实施例2
(1)将采用法制备的0.12g二氧化硅放入35mL去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.037g硝酸铜加入1mL氨水溶于35mL去离子水中；
(3)将上述两份溶液混合，搅拌30min，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在70℃，机械搅拌12h，在空气中冷却至室温，离心、洗涤并干燥后得产品。
(4)所得产物形貌和结构通过SEM和TEM进行了表征，如图1b和2b所示。从图1b中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜为球形，表面较粗糙，具有介孔结构；从2b中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜具有明显的介孔核壳结构。
实施例3
(1)将采用法制备的0.12g二氧化硅放入35mL去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.037g硝酸铜加入1mL氨水溶于35mL去离子水中；
(3)将上述两份溶液混合，搅拌30min，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在50℃，机械搅拌12h，在空气中冷却至室温，离心、洗涤并干燥后得产品。
(4)所得产物形貌和结构通过SEM和TEM进行了表征，如图1c和2c所示。从图1c中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜为球形，表面较粗糙，具有介孔结构；从2c中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜具有介孔核壳结构。
实施例4
(1)将采用法制备的0.12g二氧化硅放入35mL去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.037g硝酸铜加入1mL氨水溶于35mL去离子水中；
(3)将上述两份溶液混合，搅拌30min，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在室温条件下，机械搅拌12h，在空气中冷却至室温，离心、洗涤并干燥后得产品。
(4)所得产物形貌和结构通过SEM和TEM进行了表征，如图1d和2d所示。从图1c中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜为球形，表面较粗糙；从2c中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜具有轻微的核壳结构。
实施例5
(1)将采用法制备的0.12g二氧化硅放入35mL去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.037g硝酸铜加入1mL氨水溶于35mL去离子水中；
(3)将上述两份溶液混合，搅拌30min，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在90℃，机械搅拌0h，在空气中冷却至室温，离心、洗涤并干燥后得产品。
(4)所得产物形貌和结构通过SEM了表征，如图3a和4a所示。从图中可知，二氧化硅表面较光滑，基本没有发生反应。
实施例6
(1)将采用法制备的0.12g二氧化硅放入35mL去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.037g硝酸铜加入1mL氨水溶于35mL去离子水中；
(3)将上述两份溶液混合，搅拌30min，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在90℃，机械搅拌8h，在空气中冷却至室温，离心、洗涤并干燥后得产品。
(4)所得产物形貌和结构通过SEM了表征，如图3b和4b所示。从图3b中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜为球形，表面较粗糙，具有介孔结构；从4b中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜具有明显的介孔核壳结构。
实施例7
(1)将采用法制备的0.12g二氧化硅放入35mL去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.037g硝酸铜加入1mL氨水溶于35mL去离子水中；
(3)将上述两份溶液混合，搅拌30min，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在90℃，机械搅拌12h，在空气中冷却至室温，离心、洗涤并干燥后得产品。
(4)所得产物形貌和结构通过SEM了表征，如图3c和4c所示。从图3c中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜为球形，表面较粗糙，具有介孔结构；从4c中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜具有明显的介孔核壳结构。
实施例8
(1)将采用法制备的0.12g二氧化硅放入35mL去离子水中，经超声分散形成白色乳液；
(2)将0.037g硝酸铜加入1mL氨水溶于35mL去离子水中；
(3)将上述两份溶液混合，搅拌30min，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在90℃，机械搅拌24h，在空气中冷却至室温，离心、洗涤并干燥后得产品。
(4)所得产物形貌和结构通过SEM了表征，如图3d和4d所示。从图3d中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜为球形，表面较粗糙，具有介孔结构；从4d中可知，所得二氧化硅/碱式硅酸铜具有明显的介孔核壳结构。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种制备介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)、将0.12g二氧化硅球放入35mL去离子水中，超声分散形成白色乳液；
(2)、然后将0.037克硝酸铜和1mL氨水加入到去离子水中形成混合溶液；
(3)、将两份溶液混合，搅拌一定时间，将搅拌均匀的乳液放入水浴中，在50-90℃之间，机械搅拌8-30h，在空气中冷却至室温离心、洗涤并干燥后得到介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料。
2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(3)中，将搅拌均匀的乳液放入水浴前，混合液需要搅拌30min～1h，确保形成均匀乳液。
3.一种根据权利要求1-2任一项所述方法，所得产物为介孔二氧化硅/碱式硅酸铜核壳复合材料。
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