[发明专利]一种简单可控的中空介孔二氧化硅微球的制备方法

说明书

本发明公开了一种简单可控的中空介孔二氧化硅微球的制备方法，主要包括以下步骤：羧基功能化聚苯乙烯模板的制备和中空介孔二氧化硅微球的制备，通过向酸性液中加入非离子表面活性剂、羧基功能化聚苯乙烯模板和硅源晶化一定时间，最终经焙烧制得中空介孔二氧化硅微球。用该方法得到的中空介孔二氧化硅微球具有较大的比表面积和孔容，外壳壁上有贯通内外的介孔且微球粒度均一、分散性好，这使得其在催化领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种简单可控的中空介孔二氧化硅微球的制备方法。

背景技术

中空介孔材料因其具有较高的比表面积，较大的孔隙体积，均匀有序的介孔结构，以及丰富的合成原料等特征而引起科研人员的广泛关注。近年来发展出一种中空介孔二氧化硅纳米材料，该材料除具有中空和介孔结构的主要特征外，还具有生物相容性好，表面易化学修饰，合成成本低，固载量高等诸多优势。中空介孔二氧化硅纳米微球在生物载药，吸附分离以及能源催化方面具有极其重要的应用价值。

近年来，由于中空介孔纳米材料广泛的应用前景，不同用途的中空介孔纳米材料通过各种合成方法被合成。去模板法是常用的一种制备中空介孔纳米材料的方法。这种方法需要将模板在特定的溶液中溶解或者在高温环境中锻烧。例如，韩(韩世岩，一种介孔中空二氧化硅微球的制备方法，中国，108275687[P]2018-07-13)等通过去模板法制备的中空介孔纳米微球平均粒径分布在200-500nm之间，壁厚为40～55nm。戴(戴李宗，一种单分散性中空介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，中国，103803565[P]2014-05-21)等以聚苯乙烯微球为模板，正硅酸乙酯为硅源，十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵为致孔剂，通过锻烧制备了中空介孔二氧化硅纳米微球。

虽然去模板法制备出的中空介孔材料结构较均一，尺寸可控。但去模板过程中会造成壳结构破裂，模板去除不干净，材料容易团聚粘连，形成的壳层厚度大等问题。而且大部分去模板法在形成介孔结构时需要添加表面活性剂，这增加了制备过程的复杂性。例如，Li(ACS Applied MaterialsInterfaces，Hollow Mesoporous Silica Nanoparticleswith Tunable Structures for Controlled Drug Delivery，2017 9：2123-2129)等合成的中空介孔纳米球的壳层厚度都大于40nm，且需要外加表面活性剂如CTAB作为制孔剂。贺(广东化工，中空介孔二氧化硅的制备及其药物缓释性能研究，2019 16：29-31)和Zhang(Journal of Materials Chemistry B,A soft–hard template approach towardshollow mesoporous silica nanoparticles with rough surfaces for controlleddrug delivery and protein adsorption 2015 3：6480-6489)等合成的中空介孔纳米球团聚严重，且制备方法复杂。

因此，通过技术方案的改进得到具有较大的比表面积和孔容，外壳壁上有贯通内外的介孔且微球粒度均一、分散性好，在催化领域具有重要的应用前景的中空介孔二氧化硅微球，是构成本发明的主要内容。

发明内容

为解决上述问题，本发明通过向酸性液中加入非离子表面活性剂和羧基功能化聚苯乙烯微球模板，再向其加入硅源的方式经过晶化和去除模板剂，最终制得中空介孔二氧化硅微球。

本发明提供一种简单可控的中空介孔二氧化硅微球的制备方法，包括以下步骤：

(1)羧基功能化聚苯乙烯模板的制备：以苯乙烯为原料，甲基丙烯酸为羧基功能基团，十二烷基磺酸钠和正丁醇分别为乳化剂和助乳剂，过硫酸钾和聚乙烯醇分别为引发剂和分散剂，在N2保护下，加热反应得乳白色羧基功能化聚苯乙烯乳液，后将乳液离心，最终得到粒径在200～600nm的羧基功能化聚苯乙烯模板；