專利名稱：一種復(fù)合空心硅酸鹽的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅酸鹽，尤其是涉及一種通過溶劑熱制備復(fù)空心硅酸鹽的方法。
背景技術(shù)：
隨著納米材料的發(fā)展，亞微米/納米尺度的空心材料越來越受到人們的關(guān)注。空 心材料有望在催化、可控緩釋、污水處理等方面有著廣闊的應(yīng)用。而復(fù)合空心材料不僅具 有空心材料的性能，而且將空心材料的內(nèi)部引入其他不同類型材料，通過改變內(nèi)核可以開 辟出與眾不同的性質(zhì)，在化學(xué)、物理學(xué)和材料學(xué)等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來， 關(guān)于合成復(fù)合空心材料受到了大量的研究。然而在合成復(fù)合空心材料時(shí)往往都需要很 多復(fù)雜的過程，也常常都伴隨著后處理問題如除去模版(X. Q. Huang, C. Y. Guo, J. Q. Zuo, N. F. Zheng, G. D. Stucky，Small 2009，5，361)。目前，許多工作還在實(shí)驗(yàn)室階段，因此限制了 在工業(yè)上的大量合成與應(yīng)用。硅酸鹽材料所具有的特殊性質(zhì)和應(yīng)用前景而被大量研究報(bào)道(X. Wang，J. Zhuang, J. Chen, K. B. Zhou, Y. D. Li, Angew. Chem. Int. Ed. 2004，43，2017，Y. Q. Wang, G. Z. Wang, H. Q. Wang, W. P. Cai, L. D. Zhang, Chem. Commun. 2008,6555)?？招男螒B(tài)的硅酸鹽材料由于具
有很大的比表面積，因此會(huì)有更加廣泛的實(shí)際應(yīng)用。與此同時(shí)，空心硅酸鹽可以復(fù)合各種金 屬、金屬氧化物、金屬氧化物/金屬等不同納米材料作為內(nèi)核，復(fù)合后既具有空心硅酸鹽材 料的性質(zhì)，又具有內(nèi)核材料性質(zhì)，從而獲得優(yōu)異物理化學(xué)性能，必將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用的范 圍。目前，許多工作都集中在不同形態(tài)硅酸鹽的合成上，對于復(fù)合空心硅酸鹽材料研究卻相 對較少。簡單控制合成復(fù)合空心硅酸鹽材料是具有前沿性的重要研究課題。找到一種通用 簡單的方法合成內(nèi)核為金屬，金屬氧化物，金屬氧化物/金屬，外殼為不同種類硅酸鹽的復(fù) 合空心材料仍然是一項(xiàng)具有重要實(shí)際意義的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝較為簡單，通過在溶劑熱條件下合成的復(fù)合空心 硅酸鹽的制備方法。本發(fā)明包括以下步驟1)將勵(lì)SiO2、尿素、六水合硝酸鹽加入水和乙醇，按質(zhì)量比，勵(lì)SiO2與尿素的配比 為1 (13. 5 27)，按摩爾比，六水合硝酸鎂與尿素的配比為1 (30 100)，在170 190°C下恒溫4 36h，其中M為金屬，金屬氧化物或金屬氧化物/金屬；2)將步驟1)所得的反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物洗滌后即得目標(biāo)產(chǎn)物 復(fù)合空心硅酸鹽。在步驟1)中，所述金屬可為Au等，所述金屬氧化物可為Fe3O4等；所述六水合硝酸 鹽可為六水合硝酸鎂或六水合硝酸鎳等；所述水和乙醇的體積比可為1 (0. 5 2)。在步驟2)中，所述洗滌，可依次用水和乙醇分別洗滌至少3次。硅酸鹽是多種硅酸根離子與各種金屬離子結(jié)合而成的硅的含氧酸鹽，大多數(shù)硅酸鹽化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在建筑工業(yè)、污染處理等方面有著廣泛的應(yīng)用。控制合成硅酸鹽材料成為 納米空心結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)將金屬、金屬氧化物、金屬氧化物/金屬等不同納米材料作為內(nèi)核 而復(fù)合，會(huì)更加推動(dòng)在催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明是一種通過溶劑熱法制備復(fù)合空心硅酸 鹽的簡易方法，相對于其他傳統(tǒng)的合成方法，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于1)傳統(tǒng)的復(fù)合空心結(jié)構(gòu)的制備方法常常有后處理繁瑣的問題，本發(fā)明沒有除去模 版的過程，產(chǎn)物為復(fù)合空心硅酸鹽材料，后處理容易。2)本發(fā)明具有通用性，可通過調(diào)節(jié)不同金屬離子，有效控制不同復(fù)合金屬硅酸鹽 的合成。3)本發(fā)明通過含有二氧化硅的復(fù)合結(jié)構(gòu)來合成硅酸鹽材料的復(fù)合空心結(jié)構(gòu)，同時(shí) 復(fù)合空心硅酸鹽材料的內(nèi)核可以是金屬，金屬氧化物，以及金屬氧化物/金屬。
4)復(fù)合結(jié)構(gòu)中對于內(nèi)核的大小可以從幾個(gè)納米到幾百個(gè)納米。5)合成過程通過采用溶劑熱的方法，合成反應(yīng)裝置簡單，反應(yīng)條件溫和，因此具有 廣泛應(yīng)用的前景。


圖1為采用溶劑熱條件下所得到以Fe3O4為核(內(nèi)核的大小為300nm左右)、硅酸 鎂為殼的產(chǎn)物透射電子顯微鏡圖。由圖1可見，產(chǎn)物為復(fù)合的空心結(jié)構(gòu)，標(biāo)尺為200nm。圖2為采用溶劑熱條件下所得到以Au為核(內(nèi)核小于lOnm)、硅酸鎳為殼的產(chǎn)物 透射電子顯微鏡圖。由圖2可見，產(chǎn)物為復(fù)合的空心結(jié)構(gòu)，標(biāo)尺為lOOnm。圖3為采用溶劑熱條件下所得到以Fe3O4AM為核(內(nèi)核的大小為IOnm左右)、硅 酸鎂為殼的產(chǎn)物透射電子顯微鏡圖。由圖3可見，產(chǎn)物為復(fù)合的空心結(jié)構(gòu)，標(biāo)尺為20nm。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入IOmL水，5mL乙醇，然后再將25mgFe304@ SiO2,0. 675g尿素和0. 064g六水合硝酸鎂加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜中，在190°C 下恒溫36h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌3次，即得目 標(biāo)產(chǎn)物。產(chǎn)物經(jīng)透射電子顯微鏡測試分析技術(shù)對其形貌構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。如圖1所示通 過透射電子顯微鏡表征可以分析所得以Fe3O4為核、硅酸鎂為殼的復(fù)合空心產(chǎn)物。實(shí)施例2 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入IOmL水，5mL乙醇，然后再將25mgAu@ SiO2,0. 675g尿素和0. 073g六水合硝酸鎳加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜中，在190°C 下恒溫36h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌3次，即得目 標(biāo)產(chǎn)物。產(chǎn)物經(jīng)透射電子顯微鏡測試分析技術(shù)對其形貌構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。如圖2所示通 過透射電子顯微鏡表征可以分析所得以Au為核、硅酸鎳為殼的復(fù)合空心產(chǎn)物。實(shí)施例3 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入IOmL水，5mL乙醇，然后再將25mgFe304/ Pd，0.675g尿素和0.064g六水合硝酸鎂加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜中，在190°C 下恒溫36h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌3次，即得目 標(biāo)產(chǎn)物。產(chǎn)物經(jīng)透射電子顯微鏡測試分析技術(shù)對其形貌構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。如圖3所示通 過透射電子顯微鏡表征可以分析所得以Fe304/Pd為核、硅酸鎂為殼的復(fù)合空心產(chǎn)物。
實(shí)施例4 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入IOmL水，5mL乙醇，然后再將35mgFe304@ SiO2,0. 675g尿素和0. 073g六水合硝酸鎳加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜中，在190°C 下恒溫36h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌3次，即得目 標(biāo)產(chǎn)物。實(shí)施例5 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入IOmL水，5mL乙醇，然后再將25mgAu@ SiO2,0. 675g尿素和0. 064g六水合硝酸鎂加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜中，在190°C 下恒溫36h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌3次，即得目 標(biāo)產(chǎn)物。實(shí)施例6 在25mL聚四氟 36h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌3次，即得目 標(biāo)產(chǎn)物。實(shí)施例7 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入5mL水，IOmL乙醇，然后再將50mgFe304@ SiO2,0. 675g尿素和0. 064g六水合硝酸鎂加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜中，在190°C 下恒溫36h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌3次，即得目 標(biāo)產(chǎn)物。實(shí)施例8 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入7. 5mL水，7. 5mL乙醇，然后再將 25mgFe304iSi02,0. 675g尿素和0. 064g六水合硝酸鎂加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜 中，在190°C下恒溫8h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌3 次，即得目標(biāo)產(chǎn)物。實(shí)施例9 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入IOmL水，5mL乙醇，然后再將25mgFe304@ SiO2,0. 45g尿素和0. 064g六水合硝酸鎂加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜中，在190°C 下恒溫18h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水洗滌和乙醇分別洗滌3次，即 得目標(biāo)產(chǎn)物。實(shí)施例10 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入IOmL水，5mL乙醇，然后再將25mgFe304@ SiO2,0.6g尿素和0.026g六水合硝酸鎂加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜中，在180°C 下恒溫36h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌4次，即得目 標(biāo)產(chǎn)物。實(shí)施例11 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入IOmL水，5mL乙醇，然后再將25mgFe304@ SiO2,0. 675g尿素和0. 045g六水合硝酸鎂加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜中，在190°C 下恒溫4h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌6次，即得目標(biāo)產(chǎn)物。實(shí)施例12 在25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯中加入IOmL水，5mL乙醇，然后再將25mgFe304@ SiO2,0. 675g尿素和0. 064g六水合硝酸鎂加入。將聚四氟乙烯內(nèi)襯至于反應(yīng)釜中，在170°C 下恒溫36h。反應(yīng)完成冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物依次用水和乙醇分別洗滌3次，即得目 標(biāo)產(chǎn)物。
權(quán)利要求
一種復(fù)合空心硅酸鹽的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將M@SiO2、尿素、六水合硝酸鹽加入水和乙醇，按質(zhì)量比，M@SiO2與尿素的配比為1∶13.5～27，按摩爾比，六水合硝酸鎂與尿素的配比為1∶30～100，在170～190℃下恒溫4～36h，其中M為金屬，金屬氧化物或金屬氧化物/金屬；2)將步驟1)所得的反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物洗滌后即得目標(biāo)產(chǎn)物復(fù)合空心硅酸鹽。
2.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合空心硅酸鹽的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所 述金屬為Au。
3.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合空心硅酸鹽的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所 述金屬氧化物為Fe304。
4.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合空心硅酸鹽的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所 述六水合硝酸鹽為六水合硝酸鎂或六水合硝酸鎳。
5.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合空心硅酸鹽的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所 述水和乙醇的體積比為1 0. 5 2。
6.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合空心硅酸鹽的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所 述洗滌，是依次用水和乙醇分別洗滌至少3次。
全文摘要
一種復(fù)合空心硅酸鹽的制備方法，涉及一種硅酸鹽。提供一種工藝較為簡單，通過在溶劑熱條件下合成的復(fù)合空心硅酸鹽的制備方法。將M@SiO2、尿素、六水合硝酸鹽加入水和乙醇，按質(zhì)量比，M@SiO2與尿素的配比為1∶(13.5～27)，按摩爾比，六水合硝酸鎂與尿素的配比為1∶(30～100)，在170～190℃下恒溫4～36h，其中M為金屬，金屬氧化物或金屬氧化物/金屬；將步驟1)所得的反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫后，所得固體產(chǎn)物洗滌后即得目標(biāo)產(chǎn)物復(fù)合空心硅酸鹽。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101857239SQ20101019872
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者吳炳輝, 江智淵, 鄭君, 黃榮彬 申請人:廈門大學(xué)