CN113929128A - CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，属于纳米材料技术领域，包括以下步骤：步骤一、巯基功能化的二氧化硅基体的制备；步骤二、CuO@SiO2纳米复合材料的制备。本发明的一种CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，采用巯基硅烷与正硅酸乙酯作为硅源，可通过水解缩合形成巯基修饰的SiO2微球，巯基与金属离子具有非常强的配位能力，利用配位基团将Cu2+捕捉并引入到SiO2基体内部和表面，可使金属纳米粒子前驱体达到分子水平的分散效果，最后通过煅烧原位生成高度分散的CuO纳米粒子。

Description

CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米复合材料的制备方法，尤其涉及一种CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，其属于纳米材料技术领域。
背景技术
金属或金属氧化物纳米粒子(metal or metal oxide nanoparticles,mNPs)因具有优异的光学、磁学、电学性能，在催化、传感等领域应用广泛，且随着其粒径的减小，表现出更明显的量子尺寸效应、介电限域效应等，从而具有更加优异的性能。但是随着纳米粒子的粒径减小，其表面能也越来越大，更加趋向团聚而降低自身特性，因此，如何制备高度分散的mNPs受到越来越多的关注。
其中行之有效的方法是将mNPs负载在载体材料中。其中，SiO2由于具有高稳定性、紫外透过性以及容易制备等优点，因此成为众多纳米粒子非常理想的载体材料；制备mNPs/SiO2纳米复合材料的主流方法是包覆法或沉积法，但这两种方法均难以得到高度分散的mNPs。因此，需要一种简单直接的在SiO2基体中得到高度分散的mNPs的方法。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有技术中存在的不足，提供一种CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，该制备方法简单直接，并且能够得到负载高度分散的CuO纳米粒子的SiO2纳米复合材料。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、巯基功能化的二氧化硅基体的制备：将巯基硅烷、正硅酸乙酯和氨水按一定比例滴加到水和无水乙醇的混合溶液中，在通风橱中常温常压反应4小时后离心并干燥，得到巯基功能化的二氧化硅基体；
步骤二、CuO@SiO2纳米复合材料的制备：首先配置硝酸铜的无水乙醇溶液，然后将上述制备的巯基功能化的二氧化硅基体超声分散在硝酸铜的无水乙醇溶液中，常温常压下反应24h后离心并干燥；最后将干燥后的固体放入马弗炉中,在空气气氛中进行高温煅烧，升温速率1℃～10℃/min，保温温度500℃～660℃，保温时间为0.5h～4h，得到CuO@SiO2纳米复合材料。
更进一步地，该方法通过配位引入的方式将Cu2+引入到Si-O-Si交联网络中；通过煅烧的方式在SiO2基体中原位生成CuO纳米粒子。
更进一步地，所述巯基硅烷和正硅酸乙酯为硅源，所述氨水为催化剂。
更进一步地，所述巯基硅烷、正硅酸乙酯和氨水的体积比为1：2：0.25。
更进一步地，所述巯基硅烷为带有巯基的有机硅烷。
更进一步地，所述水和无水乙醇按照体积比为1：3混合。
更进一步地，所述氨水的体积浓度为10％。
更进一步地，所述步骤一和步骤二中的离心速率为4000r/min～9000r/min。
本发明的有益效果是：采用巯基硅烷与正硅酸乙酯作为硅源，氨水作为催化剂，可通过水解缩合形成巯基修饰的SiO2微球，巯基与金属离子具有非常强的配位能力，利用配位基团将Cu2+捕捉并引入到SiO2基体内部和表面，可使金属纳米粒子前驱体达到分子水平的分散效果，最后通过煅烧原位生成高度分散的CuO纳米粒子。
附图说明
图1为本发明中所述CuO@SiO2纳米复合材料的SEM图像；
图2为本发明中所述CuO@SiO2纳米复合材料的TEM图片；
图3为本发明中所述CuO@SiO2纳米复合材料的XRD图片。
具体实施方式
以下结合附图1至附图3对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、巯基功能化的二氧化硅基体的制备：将0.5mL的3-巯基三乙氧基硅烷、1mL的正硅酸乙酯和0.2mL的10％氨水(体积浓度)滴加到5mL水和15mL无水乙醇的混合溶液中，在通风橱中常温常压反应4小时后离心，速率为8000r/min，放入烘箱中进行干燥，得到巯基功能化的二氧化硅基体；
步骤二、CuO@SiO2纳米复合材料的制备：首先配置0.1mol/L硝酸铜的无水乙醇溶液100mL，然后将上述制备的巯基功能化的二氧化硅基体超声分散在硝酸铜的无水乙醇溶液中，常温常压下反应24h后离心，速率为8000r/min，然后进行干燥；最后将干燥后的固体放入马弗炉中，在空气气氛中进行高温煅烧，升温速率5℃/min，保温温度600℃，保温时间为1h，得到CuO@SiO2纳米复合材料。
实施例2
一种CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、巯基功能化的二氧化硅基体的制备：将0.5mL的3-巯基三甲氧基硅烷、1mL的正硅酸乙酯和0.2mL的10％氨水(体积浓度)滴加到5mL水和15mL无水乙醇的混合溶液中，在通风橱中常温常压反应4小时后离心，速率为8000r/min，放入烘箱中进行干燥，得到巯基功能化的二氧化硅基体；
步骤二、CuO@SiO2纳米复合材料的制备：首先配置0.1mol/L硝酸铜的无水乙醇溶液100mL，然后将上述制备的巯基功能化的二氧化硅基体超声分散在硝酸铜的无水乙醇溶液中，常温常压下反应24h后离心，速率为8000r/min，然后进行干燥；最后将干燥后的固体放入马弗炉中，在空气气氛中进行高温煅烧，升温速率5℃/min，保温温度600℃，保温时间为1h，得到CuO@SiO2纳米复合材料。
将得到的两组CuO@SiO2纳米复合材料进行收集，并对其中任意一组材料进行分析，如图1、图2和图3所示：
(1)从图1中可以看出所得到的材料为规则球形，平均粒径约为800nm；
(2)从图2中可以看到，通过该制备方法，CuO纳米粒子均匀的分布在SiO2基体中；
(3)从图3中可以看到一系列的衍射峰，分别出现在了2θ＝32.51°、35.51°、38.61°、48.61°、53.41°、58.21°、61.41°、65.71°、66.11°、68.01°、72.31°和75.11°处，分别对应于CuO纳米粒子的(110)、(-111)、(111)、(-202)、(020)、(202)、(-113)、(022)、(-311)、(220)、(311)和(-222)晶面，Cu2+离子原位生成了具有单斜晶型的CuO纳米粒子，其晶胞参数为a＝4.692，b＝3.428，c＝5.137和β＝99.546(JCPDS No.80-1916)。
该CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，步骤简单，采用巯基硅烷与正硅酸乙酯作为硅源，氨水作为催化剂，可通过水解缩合形成巯基修饰的SiO2微球，巯基与金属离子具有非常强的配位能力，利用配位基团将Cu2+捕捉并引入到SiO2基体内部和表面，可使金属纳米粒子前驱体达到分子水平的分散效果，最后通过煅烧原位生成高度分散的CuO纳米粒子。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、巯基功能化的二氧化硅基体的制备：将巯基硅烷、正硅酸乙酯和氨水按一定比例滴加到水和无水乙醇的混合溶液中，在通风橱中常温常压反应4小时后离心并干燥，得到巯基功能化的二氧化硅基体；
步骤二、CuO@SiO2纳米复合材料的制备：首先配置硝酸铜的无水乙醇溶液，然后将上述制备的巯基功能化的二氧化硅基体超声分散在硝酸铜的无水乙醇溶液中，常温常压下反应24h后离心并干燥；最后将干燥后的固体放入马弗炉中,在空气气氛中进行高温煅烧，升温速率1℃～10℃/min，保温温度500℃～660℃，保温时间为0.5h～4h，得到CuO@SiO2纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于：该方法通过配位引入的方式将Cu2+引入到Si-O-Si交联网络中；通过煅烧的方式在SiO2基体中原位生成CuO纳米粒子。
3.根据权利要求1所述的CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述巯基硅烷和正硅酸乙酯为硅源，所述氨水为催化剂。
4.根据权利要求3所述的CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述巯基硅烷、正硅酸乙酯和氨水的体积比为1：2：0.25。
5.根据权利要求4所述的CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述巯基硅烷为带有巯基的有机硅烷。
6.根据权利要求1所述的CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述水和无水乙醇按照体积比为1：3混合。
7.根据权利要求1所述的CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述氨水的体积浓度为10％。
8.根据权利要求1所述的CuO@SiO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二中的离心速率为4000r/min～9000r/min。
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