光学器件用规整形貌介孔硅纳米材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学器件领域，尤其是一种可用于光学器件领域的规整形貌介孔硅纳米材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]有序规整的介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料，它一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。介孔材料具有均一可调介孔（2?30 nm)孔道、稳定的骨架结构、易于修饰的内表面、一定壁厚且易于掺杂的无定型骨架，以及较高的比表面积。从1992年美国Mobil公司的科学家[3-4]首次运用纳米结构自组装技术制备出介孔Si02(MCM-41, Mobil Composition ofMatter)以来，介孔分子筛的研究一直是材料科学领域的一个热点。
[0003]介孔硅纳米材料有很多独特的性质，如良好的生物兼容性、化学稳定性、高表面能、大孔容、均匀可调的孔径等等。介孔硅纳米材料表面能够可控修饰不同的有机官能团，这种无机-有机杂化材料一共有三种合成手段：共缩聚法、嫁接法和有序介孔有机硅（PMO)材料。
[0004]介孔硅材料诸如MCM-41、SBA-15, MCF以其优越的超大孔表面积、孔体积、及孔径均一窄分布赢得了学者们的关注，并广泛应用于催化、分离、生物大分子固载等领域。无机介孔硅材料表面有机改性能够改变其表面的化学环境比如表面的亲疏水性、表面解离常数等，为进一步利用提供可能。
[0005]目前尽管合成多孔硅的方法很多，但其共同的缺点是所获得的多孔硅大多是没有规整的形貌，这些特点限制了其在光学器件领域的应用。因此探索一种形貌规整、比表面积和孔体积大的介孔硅的制备方法，具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于解决通过目前公知的制备方法所获得的多孔硅形貌不规整、比表面积小、孔体积小等问题，而发明的一种规整形貌介孔硅纳米材料的制备方法。
[0007]该方法成本低廉，合成途径简单可控，适合大规模生产。所得产物具有规整的形貌，高比表面积及较高的孔体积，可以广泛用于光学器件领域。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
首先以规整形貌的介孔二氧化硅微纳米粒子为前驱体，用镁粉为还原剂，通过程序控制高温镁热还原反应的方法，得到形貌保持的介孔硅/氧化镁复合物；然后用盐酸和氢氟酸溶液除去反应产物氧化镁以及剩余的二氧化硅后，即可获得相应形貌的介孔硅纳米材料。
[0009]具体技术方案是：
1.以规整形貌的介孔二氧化硅微纳米粒子为前驱体；
2.利用镁粉为还原剂； 3.合成出形貌介孔硅/氧化镁复合物；
4.除去复合物中的氧化镁；
5.经过与氢氟酸进行混合、搅拌，离心分离、沉淀干燥后得到纯净的介孔硅纳米材料。
[0010]本发明的有益效果是：
本发明的一种可用于光学器件领域的规整形貌的介孔硅纳米材料，在制备过程中是以介孔二氧化硅为前驱体，利用镁粉为还原剂，两者以一定比例进行混合后，在隔绝空气条件下高温煅烧，通过镁热还原反应而得到具有原二氧化硅形貌不变性的介孔硅。
[0011]发明过程中原料易得，成本低廉，且合成途径简单可控，适合大规模生产。
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0013]图I、实施例I所得的介孔硅的广角XRD图谱；
图2、实施例I所得的介孔硅的SEM照片；
图3、实施例I所得的介孔硅的孔径分布图。
【具体实施方式】
[0014]以下通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0015]实施例I
Cl)棒状介孔二氧化硅（长轴1000 nm，短轴483 nm,轴比为2. 07,比表面积为1000m2/g,孔径为9. 2 nm,孔容为I. 5 cm3/g。）由水热法制备。镁粉和二氧化娃粉末按I :0. I的比例混匀后，密封在自制的不锈钢反应器中，拧紧两端的螺母隔绝空气；在马弗炉(型号DC-B8/11型，生产厂家北京独创科技有限公司）中以1° C/min的速率升温至500° C，并焙烧12小时，上述所得的介孔硅/氧化镁复合物，
(2)冷却后在lmol/L的HCl溶液中反应6小时除去氧化镁和未反应的镁粉,抽虑后所得产物在O. 1%HF中浸泡10分钟除去未反应的二氧化硅；反应液抽虑并用蒸馏水洗涤数次，在室温下干燥，即可得到椭球状介孔硅。
[0016]通过X-射线衍射（XRD)结构分析（X’pert Pro MRD型荷兰PANalytical公司)介孔硅的广角XRD图谱，结果如图I所示，从图I可以看出衍射峰尖锐，强度大，说明上述所得的介孔硅纳米材料为立方相（JCPDS card No. 27-1402)结构。通过介孔硅的小角XRD图谱（X’pert Pro MRD型荷兰PANalytical公司），结果如图2所示，在2theta为1_2处有一个明显的衍射峰，证明所得的介孔硅具有有序的介孔结构；
上述所得的介孔硅纳米材料的扫描电子显微镜的SEM图像(采用Hitachi S-3400N扫描电镜观测，加速电压为15KV)如图3所示，从图中可以看出，经过镁热还原反应，介孔硅的形貌仍然保持，而且没有烧结现象。
[0017]通过测量上述所得的介孔硅纳米材料的氮气吸附-脱附曲线以及孔径分布显示本发明所得的介孔硅纳米材料具有较大的比表面积173 1112/^、较大的孔径8.32 nm和孔容O.39 cm3/g。
【主权项】
1.本发明涉及一种可用于光学器件领域的规整形貌介孔硅纳米材料的制备方法，其特征在于:以规整形貌的介孔二氧化硅微纳米粒子为前驱体，用镁粉为还原剂想，合成出形貌保持的介孔硅/氧化镁复合物；进一步，将介孔硅/氧化镁复合物与盐酸溶液进行混合、搅拌、离心分离，即可除去复合物中的氧化镁；最后，将去除氧化镁后所得到的介孔硅纳米材料与氢氟酸进行混合、搅拌，离心分离以去除未反应的二氧化硅，所得的沉淀干燥后即为纯净的介孔娃纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种可用于光学器件领域的规整形貌介孔硅纳米材料的制备方法，其特征是:介孔二氧化硅和镁粉按照摩尔比为1:0.1-5混合均匀。
3.如权利要求1所述的一种可用于光学器件领域的规整形貌介孔硅纳米材料的制备方法，其特征在于所得的介孔硅纳米材料能够保持原二氧化硅的形状不变 如权利要求1所述的一种可用于光学器件领域的规整形貌介孔硅纳米材料的制备方法，其所得介孔硅纳米材料可用于光学器件领域。
【专利摘要】本发明公开一种可用于光学器件领域的规整形貌介孔硅纳米材料的制备方法。即以规整形貌的介孔二氧化硅微纳米粒子为前驱体，以镁粉为还原剂，通过程序升温控制，利用镁热还原反应的方法，制备出形貌完整保持的介孔硅/氧化镁复合物；通过进一步的酸溶液处理除去复合物中的氧化镁粉末，即可得到相应形貌的介孔硅材料。所得的介孔硅纳米材料具有孔道有序性好、形貌保持完整。本发明制备方法简单易行，成本低、重复性高，可准确制备出大量规整形貌的介孔硅材料。所制备的特定规整形貌的介孔硅材料可用于光学器件领域。
【IPC分类】C01B33-113
【公开号】CN104591191
【申请号】CN201310528242
【发明人】谷涛, 沈绍典
【申请人】无锡华臻新能源科技有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年11月1日