[发明专利]一种大孔径纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料复合技术领域，特别是一种将氧化锌纳米线生长在大尺寸、大孔径二氧化硅中所得到的纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

ZnO纳米线（一维纳米材料）是一种新型的纳米材料，在光学、电输运、光电、压电、力电、场发射、稀磁、光催化、吸波等性能上具有显著特点，在传感光学、电子、场发射、压电、能源、催化等领域已经显示出良好的应用前景。

制备ZnO纳米线有多种方法，有溶液法、分子束外延、脉冲激光沉积、金属有机物化学气相沉积等，如专利号为CN200710037758.2的中国发明专利《一种生长在玻璃衬底上的图形化ZnO纳米线结构及其制备方法》，该结构是依附在玻璃衬底上的、呈周期性图形的ZnO纳米线，纳米线的直径和长度分别为50～100nm和0.5～1μm，每个周期的纳米线长度为400μm。该结构是在较低的温度和常压的条件下，用热蒸发工艺将ZnO通过覆盖在玻璃衬底表面的带周期性空洞的模板的周期性空洞，生长在玻璃衬底表面上的。它是以导电玻璃作为衬底，采用热蒸发的工艺进行制备。

水热合成法，它是指在一定的温度和压力条件下，利用水溶液中物质的化学反应制备纳米材料的方法，在水热条件下，水可作为一种化学组分起作用并参与反应，既是溶剂又是矿化剂。现有专利号为CN200810153801.6的中国发明《低温水热法合成氧化锌纳米管阵列的方法》，步骤为：(1)制备ZnO晶种层，(2)低温水热生长ZnO纳米线，(3)ZnO纳米线化学刻蚀成ZnO纳米管；它是采用低温水热法，利用纯化学刻蚀工艺合成ZnO纳米管阵列，不需要电化学辅助及模板，通过控制反应物的浓度、水热生长时间和碱液的刻蚀时间，可以在不同类型的基体上制备出管径尺寸可控的ZnO纳米管；具有成本低，反应温度低，直接在水溶液中进行，不产生有毒有害废物，生产周期短，投资回报率高。

本发明是将水热合成法应用于一种大孔材料，将大孔材料本身作为合成反应的场所，因而生成的ZnO纳米线就能与大孔材料复合，形成新的复合材料。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种大孔径纳米复合材料，以大孔径二氧化硅为模板，兼具ZnO纳米线所具有的性能，并且尺寸、形状可调，可直接作为载体或光催化剂使用。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种大孔径纳米复合材料的制备方法，以大孔径二氧化硅为模板，采用水热合成法将生成的ZnO纳米线与大孔材料复合，形成新的复合材料，制得的复合材料尺寸、形状可调，兼具ZnO纳米线所具有的性能，可直接作为载体或光催化剂使用。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种大孔径纳米复合材料，其特征在于：该大孔径纳米复合材料是由大孔径的三维SiO₂超薄膜基体和分布在三维SiO₂超薄膜基体的三维孔道中的氧化锌纳米线组成的，其中氧化锌纳米线含量为大孔径纳米复合材料的30～50Wt.%。

作为改进，所述三维SiO₂超薄膜基体的厚度为20～50nm，孔隙率为80%～95%，比表面积为100～140m²·g^-1，所述氧化锌纳米线的直径为10～20nm，长度为500～1000nm，所述大孔径纳米复合材料的比表面积为120～170m²·g^-1。

最后，所述氧化锌纳米线为直线型或者弯曲型。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种大孔径纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）三维骨架聚合物模板的制备：将质量比为1：4～1：2的环氧树脂和聚乙二醇混合并且加热到50～70℃，搅拌5～15分钟成透明溶液后，迅速加入与环氧树脂质量比为1：2～1：10的多胺液体，搅拌均匀后倒入聚四氟乙烯模具中定型，保持定型温度在50～70℃中1～2小时后形成白色的固状聚合物共混物，用纯水浸泡10～20小时后完全除去聚乙二醇相，留下三维骨架结构的环氧树脂，在室温下自然干燥1～5天；

2）三维SiO₂超薄膜基体的制备：将步骤1）制得的三维骨架结构的环氧树脂在环己烷与正硅酸四乙酯的混合液中浸泡1～5小时，在氨水气氛中在25～35℃中暴露10～20小时后形成SiO₂/环氧树脂复合物，干燥1～5小时以除去生成的乙醇和吸附的氨水，在马弗炉中以10～20℃/min的升温速率升至600～900℃，保持10～60分钟即可得到三维SiO₂超薄膜基体；