[发明专利]一种纳米复合金属氧化物/介孔二氧化硅主客体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔复合材料制备技术领域。具体说是一种纳米复合金属氧化物/介孔二氧化硅主客体材料的制备方法。

背景技术

复合金属氧化物是由两种或两种以上金属与氧以特定比例形成的具有单一晶相的氧化物，拥有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及较高的表面酸碱性。纳米量级的复合金属氧化物可以表现出独特的介电、铁电、催化、超导和磁阻特性，因此成为相关领域科学家的研究热点。然而，制备纳米复合金属氧化物材料通常采用高温烧结等热处理过程来促使复合前驱体逐步晶化，该步骤所带来的二次结晶和颗粒团聚等动力学过程大大降低了纳米晶的晶格缺陷密度以及产物的比表面积，使该类材料在实际应用中失去了纳米粒子的特性。基于此，设计新颖、简单、方便的合成技术，设法抑制并消除沉淀、干燥、热处理过程中因高表面能引起的颗粒团聚是低维复合金属氧化物合成领域亟需解决的问题。

以介孔材料作为主体基质，将客体纳米金属氧化物组装至介孔材料的孔道内，即可以利用孔道的限域效应抑制纳米颗粒的过度聚集，达到严格控制客体金属氧化物尺寸的目的。目前，国内外主要采用将介孔基质浸入金属离子溶液中进行充分吸附，继而经过干燥、有氧煅烧等一系列过程实现金属氧化物在介孔孔道中的组装。现有技术存在的问题是：1)上述方法仅适用于将单一金属氧化物引入主体基质中，由于主体材料对异种金属离子的吸附能力具有不可控性，难以保证不同金属离子以符合复合金属氧化物组成的比例分散于介孔孔道内，这将导致煅烧后孔道中除了复合金属氧化物外，还将存在过量金属离子所形成的单一金属氧化物；2)通过物理或者化学吸附的方式向孔道中引入金属离子，无法实现异种金属离子在孔道中分布的均一性，这不利于复合金属氧化物晶相的形成；3)主体基质一般对金属离子的吸附量非常有限，因此按上述方法制备的复合材料中客体金属氧化物的引入量较低。

发明内容

鉴于上述现状，本发明的目的是提供一种纳米复合金属氧化物/介孔二氧化硅主客体材料的制备方法。实现不同金属离子在孔道中分布的化学均一性与高度分散性，达到在后续煅烧过程中将所引入异种金属离子全部转变为复合金属氧化物单一晶相的目的，同时能够大幅提高客体复合金属氧化物的引入量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种纳米复合金属氧化物/介孔二氧化硅主客体材料的制备方法，其制备方法包括：

1)在40～50℃下，将一定质量的N-十六烷基乙二胺三乙酸溶于氢氧化钠溶液中，加入金属A的Zn，Mg，La，Cu其中之一种与金属B的Al，Co，Fe，Ni其中之一种的混合盐溶液，剧烈搅拌下调节形成pH值为6～10的澄清溶液；

2)在搅拌下，将步骤(1)的澄清溶液中加入3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-三甲基丙基氯化铵三甲氧基硅烷，待溶液颜色开始变白，迅速加入一定量的正硅酸四乙酯，搅拌一定时间后得到沉淀；

3)将步骤(2)陈化后得到的沉淀过滤、洗涤、干燥后置于马弗炉中，执行程序升温，最终在500～600℃下煅烧3～7小时，得到相应的纳米复合金属氧化物/介孔二氧化硅主客体材料。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用N-十六烷基乙二胺三乙酸与金属离子所形成的配合物作为合成介孔二氧化硅的模板，借助金属离子在胶束聚集体中的化学均一性和高度分散性保证了在煅烧后复合金属氧化物以单一晶相存在于介孔二氧化硅孔道中。

2、与现有技术相比，本发明所制备的介孔复合材料能够大幅提高客体复合金属氧化物的引入量。各金属元素在制备过程中不损失，复合产物的组成依从原料的投入比，满足投入即产出的绿色化学理念。

3、N-十六烷基乙二胺三乙酸对金属离子配位作用的普遍适用性，决定了该方法可以将众多钙钛矿型或尖晶石型复合金属氧化物植入介孔孔道，复合产物中客体复合金属氧化物的尺寸受到主体骨架的严格控制，能够有效降低因高表面能引起的颗粒团聚。

附图说明

图1是本发明借助N-十六烷基乙二胺三乙酸将La³⁺与Co²⁺(摩尔比1∶1)引入介孔孔道的示意图；

图2是图1制备的纳米LaCoO₃/介孔二氧化硅介孔复合材料的高分辨电镜照片；

图3是图1制备的纳米LaCoO₃/介孔二氧化硅介孔复合材料的小角X射线衍射图；

图4是图1制备的纳米LaCoO₃/介孔二氧化硅介孔复合材料的广角X射线衍射图；