納米復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米合成材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備Zn0/Si02納米復(fù)合材料的方法，具體涉及一種自催化水解溶膠凝膠法生成Zn0/Si02熒光特性的納米復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，由于氧化鋅的特殊的性能，對(duì)于其作為納米材料的合成和功能研宄的越來(lái)越廣泛。尤其是作為核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料的應(yīng)有，可以有效地增加ZnO的特性。作為包覆ZnO的殼材料，目前有高分子聚合物、碳材料和二氧化硅可供選擇。然而由于高分子聚合物的熱穩(wěn)定性和碳材料的強(qiáng)度等關(guān)系，在作為殼材料使用上受到一定的限制。二氧化硅具有熱穩(wěn)定性、無(wú)毒性、很好的透明性，與此同時(shí)，二氧化硅表面易于修飾不同的官能團(tuán)，具有良好的生物相容性，可以有效地改善ZnO的表面缺陷，提高其穩(wěn)定性和相容性，是作為ZnO納米殼材料的最佳選擇。很多科研工作者嘗試用各種方法合成Zn0/Si02納米復(fù)合材材料。
[0003]在現(xiàn)在很多種的方法中，大多是都是先制備成納米ZnO，將ZnO表面進(jìn)彳丁修飾增加和S12的相容性，最后再加入硅源水解縮合來(lái)實(shí)現(xiàn)將S1 2包覆在ZnO納米粒子的外面，或者采用原子轉(zhuǎn)移的方法，在二氧化硅的粒子里面合成ZnO，從而實(shí)現(xiàn)包覆的目的。以上的方法，都存在著反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、步驟繁瑣、成本高、對(duì)環(huán)境的損害大等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決以往合成納米復(fù)合材料過(guò)程中步驟繁瑣、成本高、時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境有害等方面的不足，本發(fā)明提供了一種反應(yīng)條件溫和、時(shí)間短、步驟簡(jiǎn)便的制備Zn0/Si02m米復(fù)合材料的方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種制備Zn0/Si02納米復(fù)合材料的方法，包括如下步驟:
(I)ZnO和溴乙酸反應(yīng)生成溴乙酸鋅作為前驅(qū)體；
(2 )將生成的溴乙酸鋅溶解在水和乙醇的混合液中(水和乙醇的體積比=1:1 )，將作為硅源的正硅酸乙酯(TEOS)和提供氨基的3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)混合液溶于無(wú)水乙醇中并滴加到溴乙酸鋅的溶液中，控制三者物質(zhì)的量比為溴乙酸鋅:APTES:TEOS=0.5-1.5:1~2:0.1-0.2，反應(yīng) 4-6 小時(shí)；
(3)將反應(yīng)所得物質(zhì)離心，用乙醇洗滌2~3次，接下來(lái)在真空烘箱中干燥，得到白色粉末；
(4)將所得白色粉末放入馬弗爐中煅燒，得到Zn0/Si02m米復(fù)合材料。
[0006]上述反應(yīng)中，所述ZnO和溴乙酸的物質(zhì)量比為1:2。
[0007]上述反應(yīng)中，所述干燥溫度為常溫，干燥時(shí)間為20~30h。
[0008]上述反應(yīng)中，所述離心速度為8000~10000r/min。
[0009]上述反應(yīng)中，所述煅燒溫度為600~700°C，煅燒時(shí)間為2~3小時(shí)。
[0010]上述反應(yīng)中加入氨基和硅源在同一個(gè)物質(zhì)上面，前者釋放的氨基離子能夠催化后者水解生成S12，完成兩者結(jié)合。相對(duì)于其他的硅源和氨基來(lái)說(shuō)，不用加入有機(jī)硅烷和氨水，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明所用的溴乙酸鋅是一種有機(jī)金屬鹽，對(duì)環(huán)境沒有損害，是一種綠色化學(xué)物質(zhì)；
2、本發(fā)明利用APTES中所含有的氨基作為催化劑催化硅源生成二氧化硅，在最后煅燒中也有二氧化硅粒子生成，反應(yīng)過(guò)程中不用加入另外的催化劑；
3、方法中硅源和氨基是同一種物質(zhì)，可以大大降低有機(jī)物的使用量，使反應(yīng)更加簡(jiǎn)潔.4、本反應(yīng)中對(duì)環(huán)境無(wú)害，屬于綠色合成方法。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是Zn0/Si02m米復(fù)合材料的TEM圖像；
圖2是Zn0/Si02和溴乙酸鋅/S12的紅外圖像；
圖3是Zn0/Si02的熒光光譜曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0013]實(shí)施例1
一、溴乙酸鋅的制備:將Ig ZnO和3.415g溴乙酸依次放入裝有10ml高純水的單口圓底燒瓶中，在60°C條件下反應(yīng)lh，過(guò)濾得到澄清溶液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶劑蒸發(fā)掉得到白色固體。
[0014]二、Zn0/Si02熒光納米復(fù)合材料的制備:將1.4g的溴乙酸鋅溶解在60ml水和乙醇的混合溶液中(水和乙醇的體積比=1:1)。把2.17ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷和0.17ml的正硅酸乙酯混合液溶于40ml的無(wú)水乙醇中并滴加到到溴乙酸鋅的溶液中，控制三者物質(zhì)的量比為溴乙酸鋅:APTES:TEOS=I:2:0.15，常溫常壓下磁力攪拌6h，離心，速率為8500r/min，除去上層清液后得到白色粉末。接下來(lái)用無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌2~3次，真空烘箱干燥24h，在650°C條件下煅燒1.5h除去有機(jī)物。前期加入的3-氨丙基三乙氧基硅烷中的硅轉(zhuǎn)變生成二氧化硅，并生成ZnO納米顆粒，最終制成Zn0/Si02熒光納米復(fù)合材料，其形貌如圖1所示。
[0015]圖2中，a是干燥后，煅燒前的白色粉末紅外圖像，b為煅燒后所得物質(zhì)的圖像。從圖中我們可以看出，在煅燒前后除去了相應(yīng)的有機(jī)官能團(tuán)和結(jié)構(gòu)，保留下來(lái)了無(wú)機(jī)的Zn-O鍵和S1-O鍵，說(shuō)明生成的物質(zhì)里面有ZnO和Si02這兩種物質(zhì)。
[0016]由圖3可知，煅燒后得到的物質(zhì)在350nm紫外光的激發(fā)下，產(chǎn)生了熒光現(xiàn)象。
[0017]實(shí)施例2
一、3-溴丙酸鋅的制備:將Ig ZnO和4.2g 3-溴丙酸依次加入到有10ml高純水單口圓底燒瓶中，在60°C水浴反應(yīng)1.5h后將所得溶液過(guò)濾，將得到的澄清溶液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀下把溶劑蒸發(fā)完全，得到白色粉末。
[0018]二、Zn0/Si02熒光納米復(fù)合材料的制備，將1.5g 3_溴丙酸鋅溶于水和乙醇體積比為1:1的混合液中。把2.1ml APETS和0.2mlTE0S混合液加入到40ml無(wú)水乙醇中并將此滴加到先前得到的3-溴丙酸鋅溶液中，控制三者物質(zhì)的量比為溴乙酸鋅:APTES:TEOS=I:2:0.15。常溫常壓下反應(yīng)6h，離心，速度8000r/min，用乙醇洗滌2-3次。在真空烘箱中常溫干燥24h，將所得干燥白色粉末放入馬弗爐中在650°C煅燒2h，除去白色粉末中的有機(jī)基團(tuán)。冷卻后，最終得到Zn0/Si02熒光納米復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備Zn0/Si02納米復(fù)合材料的方法，其特征在于所述方法步驟如下: (1)將生成的溴乙酸鋅溶解在水和乙醇的混合液中，將作為硅源的TEOS和提供氨基的APTES混合液溶于無(wú)水乙醇中并滴加到溴乙酸鋅的溶液中，控制三者物質(zhì)的量比為溴乙酸鋅:APTES:TEOS=0.5-1.5:1~2:0.1-0.2，反應(yīng) 4-6 小時(shí)； (2)將反應(yīng)所得物質(zhì)離心，用乙醇洗滌2~3次，接下來(lái)在真空烘箱中干燥，得到白色粉末； (3)將所得白色粉末放入馬弗爐中煅燒，得到Zn0/Si02m米復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備Zn0/Si02m米復(fù)合材料的方法，其特征在于所述溴乙酸鋅由ZnO和溴乙酸反應(yīng)生成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備ZnO/S12納米復(fù)合材料的方法，其特征在于所述ZnO和溴乙酸的物質(zhì)量比為1:2。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO/S12納米復(fù)合材料的方法，其特征在于所述水和乙醇的混合液中，水和乙醇的體積比=1:1。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO/S12納米復(fù)合材料的方法，其特征在于所述干燥溫度為常溫，干燥時(shí)間為20~30h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO/S12納米復(fù)合材料的方法，其特征在于所述離心速度為 8000~10000r/mino7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備ZnO/S12納米復(fù)合材料的方法，其特征在于所述煅燒溫度為600~700°C，煅燒時(shí)間為2~3小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備ZnO/SiO2納米復(fù)合材料的方法，其步驟如下：（1）將生成的溴乙酸鋅溶解在水和乙醇的混合液中，將作為硅源的TEOS和提供氨基的APTES混合液溶于無(wú)水乙醇中并滴加到溴乙酸鋅的溶液中，反應(yīng)4~6小時(shí)；（2）將反應(yīng)所得物質(zhì)離心，用乙醇洗滌2~3次，接下來(lái)在真空烘箱中干燥，得到白色粉末；（3）將所得白色粉末放入馬弗爐中煅燒，得到ZnO/SiO2納米復(fù)合材料。本發(fā)明利用APTES中所含有的氨基作為催化劑催化硅源生成二氧化硅，在最后煅燒中也有二氧化硅粒子生成，反應(yīng)過(guò)程中不用加入另外的催化劑，對(duì)環(huán)境無(wú)害，屬于綠色合成方法。
【IPC分類】C09K11/59
【公開號(hào)】CN104910901
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510272215
【發(fā)明人】崔鐵鈺, 雷靖宇, 徐林煦
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日