一种基于介孔氧化硅的核壳异质结材料、制备方法及应用

本发明涉及一种基于介孔氧化硅的核壳异质结材料、原位合成方法及在智能穿戴、光热转换和除异味纺织品加工中的应用，属于材料制备及应用，

背景技术：

1、介孔氧化硅（msio2）材料具有高比表面积、吸附性强、结构可控、生物相容性好及表面易修饰等特点，近年来被广泛应用在催化、吸附和载体搭载等领域（参见文献： chem.  eng. j. 2023,  457, 141263）。而树枝状介孔氧化硅材料具有独特的中心辐射状孔道结构，有利于反应物质沿中心辐射状孔道进行传递输送，能强化与内部负载物或活性位点的接触反应（参见文献： science 2004,  306, 5701）。以介孔氧化硅为载体材料，通过在介孔氧化硅空洞中原位合成贵金属纳米颗粒（au、ag、pt），能够有效解决贵金属纳米粒子小尺度易团聚、烧结等问题（参加文献： nano lett. 2019,  19, 1512）。

2、近年来，过渡金属二硫化钼（mos2）由于其在太阳能利用方面的良好性能，在催化及能量转换领域引起了广泛关注。硫化钼（mos2）是一种典型的过渡金属二硫化物，由于其大的比表面积和窄的带隙，它被用作助催化剂，可以提高光诱导电子-空穴对的分离和迁移效率，并提高光收集能力。然而，硫化钼二维片层材料在与纺织品集成中易发生堆叠，使得集成后材料的性能大打折扣，且有限的光电子特性极大的阻碍了在智能纺织领域的应用。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的不足，提供一种具有核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料及制备方法，材料不仅具有优异的光热转换性能，同时具备除异味能力；纳米球形核壳结构的设计有效解决了材料与纺织品的堆叠集成问题，可应用于能量转换、智能穿戴及家纺领域。

2、实现本发明目的的技术方案是提供一种基于介孔氧化硅的核壳异质结材料的制备方法，包括以下步骤：

3、（1）将介孔氧化硅和十六烷基三甲基溴化铵按摩尔比为1：1.0～1：3.0加入到超纯水中，配置浓度为5～10 g/l的分散溶液；在温度为25～45 ℃的水浴锅中加热搅拌30～90min，得到阳离子表面改性的介孔氧化硅溶液；

4、（2）在步骤（1）得到的阳离子表面改性的介孔氧化硅溶液中加入0.02～0.06 m的氯金酸溶液，再在温度为25～45 ℃的水浴锅中持续加热搅拌3～5 h；

5、（3）在步骤（2）得到的溶液中加入0.4～0.8 m的硼氢化钠溶液，在温度为25～45℃的水浴锅中持续加热搅拌30～90 min，再经离心、超纯水超声洗涤处理后，置于真空干燥箱中，在温度为60～80 ℃的条件下干燥处理12～24 h，得到金纳米颗粒负载的介孔氧化硅；

6、（4）将二水合钼酸钠和硫脲按摩尔比为1：1～1：3配置浓度为5～10 g/l的前驱体溶液，加入0.5～2.0 mm步骤（3）得到的金-介孔氧化硅，超声处理10～30 min后，加入1～4g/l的聚乙二醇1000，剧烈搅拌30～90 min；

7、（5）将步骤（4）得到的溶液转移至聚四氟乙烯水热反应釜中，在温度为180～220℃的条件下水热反应12～18 h，冷却后用去离子水和乙醇对沉淀进行超声洗涤、离心处理，再置于50～80 ℃真空干燥箱中干燥处理12～24 h，得到核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料。

8、本发明技术方案包括按上述制备方法得到的一种核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料。

9、本发明提供的一种核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料的应用，将其用于制备具有近红外吸收、光热转换及异味去除的多功能织物，步骤如下：将核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅溶解于去离子水中，配置成浓度为5～20 g/l的整理溶液；按浴比为1：30～1：50将织物置于整理溶液中搅拌处理10～20 h，再经2～5次的浸轧-烘培处理后，将织物置于50～80 ℃的真空干燥箱中干燥处理12～24 h，得到具有近红外吸收、光热转换及异味去除的多功能织物。

10、本发明所述的织物包括棉织物、蚕丝织物、毛纺织物、化纤织物。

11、本发明提供的具有近红外吸收、光热转换及异味去除的多功能织物，其硫化钼/金-介孔氧化硅在织物上的负载量为10～30 wt%；在1个标准太阳光强度照射下，多功能织物的表面温度上升至61.3 ℃；在稀释100倍的氨气氛围中5 h静置处理，多功能织物的氨气去除率达到81.6%。

12、本发明依据的原理是：通过阳离子表面活性剂对介孔氧化硅表面进行改性接枝，有利于静电力作用金源在介孔氧化硅表面及孔洞的吸附，然后再在还原剂的作用下实现了金纳米颗粒在介孔氧化硅孔洞中的原位合成，进一步置于硫化钼生长溶液中，以水热法的方式实现了硫化钼在介孔氧化硅表面的外延生长。

13、本发明从载体材料选取出发，提供了一种具有高比表面积、高比孔体积的多孔结构氧化硅，通过对介孔氧化硅表面接枝改性，实现了金纳米颗粒在其表面孔洞的原位生长，解决了金纳米粒子尺度小、易聚集烧结等问题；通过简单的一步水热法以外延生长的方式与半导体材料硫化钼进行复合，制备了具有核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料，纳米球形核壳结构的设计有效解决材料与纺织品的堆叠集成问题，且该材料不仅具有优异的光热转换性能，同时具备除异味能力。

14、本发明通过原位及外延生长的策略构建多元复合异质结材料，实现单一材料的性能优化和多功能化优势，可进一步拓展多功能材料集成纺织品的工程化开发及在智能纺织领域的应用。

15、与现代技术相比，本发明的有益效果在于：

16、1.本发明原位合成和外延生长的方法制备了兼具光热转换性能和除异味性能的硫化钼/金-介孔氧化硅核壳异质材料，生产工艺流程简单且高效、产品可控性高的特点，适用于工程化生产及在个人热管理、家纺等领域的应用。

17、2.本发明以高比表面积树枝状的介孔氧化硅为基底材料，经可控层层生长，实现了核壳多元异质结材料的复合、以及纳米材料光热转换、除异味的多功能化。

18、3.本发明提供的硫化钼/金-介孔氧化硅核壳异质材料，将其与纺织品结合所制备的功能织物，具有优异的光热转换性能和异味去除能力，为可穿戴能量转换纺织品的设计提供了新思路。

技术特征：

1.一种基于介孔氧化硅的核壳异质结材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.按权利要求1制备方法得到的一种核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料。

3. 如权利要求2所述的一种核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料的应用，其特征在于用于制备具有近红外吸收、光热转换及异味去除的多功能织物，步骤如下：将核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅溶解于去离子水中，配置成浓度为5～20 g/l的整理溶液；按浴比为1：30～1：50将织物置于整理溶液中搅拌处理10～20 h，再经2～5次的浸轧-烘培处理后，将织物置于50～80 ℃的真空干燥箱中干燥处理12～24 h，得到具有近红外吸收、光热转换及异味去除的多功能织物。

4.根据权利要求3所述的一种核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料的应用，其特征在于：所述的织物包括棉织物、蚕丝织物、毛纺织物、化纤织物。

5. 根据权利要求3所述的一种核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料的应用，其特征在于：所述的多功能织物，其硫化钼/金-介孔氧化硅在织物上的负载量为10～30wt%。

6. 根据权利要求3所述的一种核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料的应用，其特征在于：在1个标准太阳光强度照射下，多功能织物的表面温度上升至61.3 ℃。

7. 根据权利要求3所述的一种核壳结构的硫化钼/金-介孔氧化硅异质结材料的应用，其特征在于：在稀释100倍的氨气氛围中5 h静置处理，多功能织物的氨气去除率达到81.6%。

技术总结
本发明公开了一种基于介孔氧化硅的核壳异质结材料、制备方法及应用。以介孔氧化硅为基底模板材料，通过阳离子型表面活性剂对其表面进行改性接枝，在金种子溶液中使介孔氧化硅表面及孔洞中覆盖一层金源，在还原剂的作用下实现金纳米颗粒在介孔氧化硅孔洞中的原位合成；再在钼源和硫源的生长溶液中采用水热法在金负载的介孔氧化硅表面原位生长硫化钼包覆，得到硫化钼/金‑介孔氧化硅核壳异质结材料。本发明提供的硫化钼/金‑介孔氧化硅异质结材料，具有优异的近红外吸收性、光热转换和除异味性能，且制备工艺简单、高效，将其与纺织品结合，实现了对太阳光到热能的高效利用和转换，有利于多功能纳米材料在智能穿戴及能量转换领域的进一步应用。

技术研发人员：郑敏,李涛,薛阳彪,王作山
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31