[发明专利]一种单分散、小尺寸的二氧化硅纳米粒子的制备方法

说明书

一种单分散、小尺寸的二氧化硅纳米粒子的制备方法，属于纳米粒子制备技术领域。其是在醇、水溶剂体系中，加入烷基硅酸酯、一水合氢氧化锂和其它碱性化合物，氢氧化锂与其他碱性化合物的质量用量比为1：0～650；然后在20～50℃、100～500rpm搅拌条件下，反应1～8小时；反应结束后将反应溶液离心去上清，离心产物先水洗1～2遍，再用与前面所使用的相同醇溶剂洗2～3遍，之后在50～80℃下将产物烘干，从而得到纯净的单分散、小尺寸(3～200nm)的二氧化硅粒子。本发明制备二氧化硅纳米粒子由一步原位生长，不需多步注入硅源或额外引入种子等方法，更无需引入其他杂质(如阳离子、阴离子、中性等各种表面活性剂)，因此，该制备方法更为简单、产物更容易纯化。

技术领域

本发明属于纳米粒子制备技术领域，具体涉及一种单分散、小尺寸的二氧化硅纳米粒子的制备方法。

背景技术

二氧化硅粒子在多相催化、成膜、凝胶、抛光、高性能制陶技术及色谱填充等领域具有广泛的应用前景。传统的二氧化硅粒子制备广泛地采用方法(J.ColloidInterface Sci.1968,26,62-69)。该方法一般是在醇、水混合溶剂中，以不同浓度的氨水作为催化剂，经正硅酸四乙酯水解、缩合制备出球形的二氧化硅粒子。该方法制备的二氧化硅粒子尺寸范围一般在10～500nm可调(J.Colloid Interface Sci.1992,154,481-501)，得到的大尺寸粒子(>200nm)其粒径较为均一，而小尺寸粒子(<200nm)单分散性较差(J.Eur.Ceram.Soc.1994,14,205-214)。为了实现单分散、小尺寸的二氧化硅粒子的简便、有效制备，研究者们发展了多种制备方法。Arriagada等人利用反相微乳液法，制备了粒径均一、尺寸在30～60nm可调的二氧化硅粒子(J.Colloid Interface Sci.1999,221,210-220)；曹傲也提出利用反相微乳液法，制备尺寸在20～200nm之间可调的单分散二氧化硅粒子(中国发明专利公开号：CN 101913611A)。但反相微乳液法，需大量使用难于去除的表面活性剂，往往会对粒子性质产生不利影响。Tsapatsis等人提出以碱性生物分子(如赖氨酸或精氨酸)作为催化剂，在正硅酸四乙酯与水构成的两相乳液体系中经水解、缩合，得到尺寸为5nm左右的二氧化硅粒子(Chem.Mater.2006,18,5814-5816；Pub.No.：US 2008/0213883A1)，该技术反应时间需要24小时以上，且由于所使用两相体系的不稳定性，难于对粒子的尺寸进行调控。Yokoi等人对赖氨酸催化制备二氧化硅粒子的方法进行了改进，以辛烷和水构成较为稳定的两相体系，通过调控pH值，制备出粒径均一、尺寸在12～44nm之间可调的二氧化硅粒子(J.Am.Chem.Soc.2006,128,13664-13665；Chem.Mater.2009,21,3719-3729；Pub.No.：US 2008/0311397A1；Pub.No.：US 2011/0151260A1)。由于赖氨酸和硅酸分子间较强的静电相互作用，无论是使用D型赖氨酸、L型赖氨酸或是其混合物都无法在更大尺寸范围内对粒子尺寸进行调控。为了解决这一问题Kitaev等人提出将赖氨酸法合成的二氧化硅粒子作为种子，利用再生长的方法得到尺寸在15～200nm可调的二氧化硅粒子(Langmuir 2008,24,1714-1720)，但该方法在规模化生产中很难避免二次或多次成核，粒子多分散度值较高，对粒子均一性将产生不利影响。

粒子多分散度是粒子尺寸分布宽窄的一个量度，可用粒子尺寸偏差来表示，其常规计算方法是从透射电镜照片中，选取200个以上的粒子，分别测量其粒径尺寸，然后计算其尺寸偏差(J.Colloid Interface Sci.2000,232,102-110)。偏差越小，表明粒子尺寸分布越窄，粒径更为均一，对应的粒子多分散度值越低。当粒子多分散度值<5％时，就认为粒子是单分散的(Langmuir 2008,24,1714-1720.)。

发明内容