[发明专利]一种双层中空二氧化硅纳米球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米材料领域，尤其涉及一种双层中空二氧化硅纳米球及其制备方法。

背景技术

中空纳米球是指一类尺寸在纳米和微米间的材料，其采用很少的材料构筑了具有极大的内部空间，可以容纳大量的客体分子或大尺寸的客体，从而产生一些奇特的效应。由于这类材料具有密度低、比表面积大、稳定性好并具有表面渗透能力的特点，因此在化学、生物和材料科学等领域具有重要的应用，如催化、药物可控缓释、光学材料、电学元件和微胶囊等领域都受到了广泛地关注；二氧化硅材料具有极佳的温度稳定性、化学惰性和一定的生物相容性；中空二氧化硅纳米球结合了中空纳米材料和二氧化硅的优点，使其成为极具竞争力的新材料。

传统的中空二氧化硅纳米球，为单层的中空二氧化硅的壳层结构，内部不含特殊的结构或材料，因而只能够用于实现简单的功能。而对于实际应用中出现的某些复杂的环境及应用需求，例如，要求同时实现多种药物的载送或同时负载多种催化剂而不互相干扰等情况下，对材料的性能及制备方法提出了新的挑战。因此，制备具有多级结构的中空二氧化硅纳米球材料是非常必要的。

在实际应用中，制备单分散的中空二氧化硅纳米球材料能够将尺寸分布对材料性能的影响最小化，如果可以同时实现对中空二氧化硅纳米球材料的尺寸和壳层厚度的可控，就能够在实际应用中灵活的实现性能的可控，扩大材料的适用范围。

专利号为CN102198929B的专利文献公开了一种具有纳米级贵金属和二氧化硅内核的中空二氧化硅亚微米球及其制备方法，将具有二氧化硅内核的中空二氧化硅亚微米球用碱性溶液浸泡后再加到一定浓度的各种贵金属前驱体溶液中，加热还原即可得到在所述的中空二氧化硅微米球中同时具有粒径为20～600nm的可移动的球形二氧化硅内核，和粒径为2～100nm的贵金属颗粒内核；所述的中空二氧化硅亚微米球的直径范围是50～1000nm，壳层厚度为5～100nm，壳层具有介孔结构，介孔的平均孔径为1～10nm，该亚微米球的比表面积为110～500m²/g。

上述专利中公开的制备方法是直接以具有二氧化硅内核的中空二氧化硅亚微米球为原料进行改进，并未直接构建其结构，因此不能对二氧化硅内核及中空二氧化硅亚微米球的尺寸及壳层厚度进行调整，极大地限制了中空二氧化硅纳米球在药物可控缓释、催化和微胶囊领域的实际应用。

发明内容

本发明提供了一种双层中空二氧化硅纳米球，其内、外两层的中空二氧化硅纳米球均为单分散结构，且尺寸和壳层厚度均可控，使得其将在药物可控缓释、催化和微胶囊等领域获得广泛应用。

本发明还提供了一种双层中空二氧化硅纳米球的制备方法，本制备方法简单、可控，且各步反应均以水为溶剂，绿色环保。

一种双层中空二氧化硅纳米球，所述的内、外两层中空二氧化硅纳米球的粒径分布很窄，粒径分布系数小于5%，均为单分散结构。所述内层中空二氧化硅纳米球的粒径为100～500nm，壳层厚度为30～100nm；所述外层中空二氧化硅纳米球的粒径为162～702nm，壳层厚度为30～100nm；所述内层与外层间的距离为1～50nm。

一种双层中空二氧化硅纳米球的制备方法，包括以下步骤：

（1）将N-异丙基丙烯酰胺单体配制成质量百分比浓度为0.1～1.0%的单体水溶液I；再将引发剂1配制成质量百分比浓度为0.25～10%的引发剂水溶液II；60～80℃无氧条件下，引发剂水溶液II与单体水溶液I混合后发生乳液聚合反应，反应5min～10h后，降温至40～60℃，制得乳液A；

所述引发剂水溶液II与单体水溶液I的体积比为1:15～40；

所述引发剂1为水溶性引发剂；

（2）将正硅酸乙酯分散到水中，40～60℃恒温预水解2～5h，制得溶液B；将步骤（1）所得乳液A与溶液B混合，40～60℃恒温反应48～96h，得到溶液C；

所述正硅酸乙酯与水的体积比为1:8～40；

所述溶液B与乳液A的体积比为1:2～5；

（3）将步骤（2）所得的溶液C与N-异丙基丙烯酰胺单体混合，得到单体质量百分比浓度为0.1～1.0%的溶液III；再将引发剂2配制成质量百分比浓度为0.25～10%的引发剂水溶液IV；60～80℃无氧条件下，引发剂水溶液IV与单体溶液III混合后发生乳液聚合反应，反应5min～10h后，降温至40～60℃，制得乳液D；

所述引发剂水溶液IV与单体溶液III的体积比为1:15～40；

所述引发剂2为水溶性引发剂；