專利名稱：八氨基倍半硅氧烷自組裝制備鉍金屬納米線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種八氨基倍半硅氧烷(POSS)自組裝制備鉍金屬納米線的方法。
背景技術(shù)：
自從一維碳納米管發(fā)現(xiàn)以來,一維納米結(jié)構(gòu)材料(納米管、納米線、納米帶和納米棒)以其獨特的電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)特性及其在納米科技領(lǐng)域內(nèi)的巨大應(yīng)用潛力而備受矚目。鉍是典型的半金屬，在所有金屬中，鉍的抗磁性最強、熱導(dǎo)最小(除汞外)、電阻較大，并且具有最大的霍爾效應(yīng)，表現(xiàn)出了與眾不同的物理化學(xué)性質(zhì)，其中最主要的是具有高度各向異性的費米面、非常小的電子有效質(zhì)量、大的載流子平均自由程和半金屬-半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變的特性等。由于量子限域效應(yīng)，鉍的熱電性能隨材料維度的降低顯著提高，鉍的電輸運和熱電性能會有顯著的改變，因此，鉍納米線成為研究低維體系物理現(xiàn)象理想的材料之一，在熱電、傳感器、光電子、巨磁電阻和燃料電池催化劑等領(lǐng)域具有較高的研究價值和廣泛的應(yīng)用前景。倍半硅氧烷(POSS)是近年來出現(xiàn)的一種新型納米結(jié)構(gòu)材料，是一類結(jié)構(gòu)% (RSiO1 5)η(η ^ 4)的多面體齊聚物(Marciniec, B. ；Macie jewski, H. Coord. Chem.Rev. 2001, 223，301.),由S1-O-Si鍵構(gòu)成的無機硅酸鹽核心及連接于硅原子上的有機基團R構(gòu)成，POSS介孔材料中的籠型立方體孔隙直徑在O. 5nm左右，立方體間的空隙在f 50nm之間，具有很高的比表面積和功能基團數(shù)目，POSS單體本身就是一個核殼結(jié)構(gòu)的有機/無機雜化分子，有機基團R可以為具有反應(yīng)活性的有機官能團(如羥基/氨基、氫基、甲基丙烯酸氧基和燒氧基等)。近年來人們用多種方法制備各種形貌的鉍單納米線，主要有①硬模板法以氧化鋁等模板限制反應(yīng)的幾何形貌來制備納米線的電化學(xué)沉積法(中科院合肥納米材料與結(jié)構(gòu)固態(tài)物理所李廣海等 Journal`力灌注法、氣相模板法(唐春娟等，材料研究學(xué)報，2011，25，273)等，這些方法制備的條件苛刻，后處理過程較為麻煩；②軟模板法利用表面活性劑液相組裝介觀結(jié)構(gòu)的界面模板方法，如中國科大陳乾望等(Zhang, H. L. ；Chen, ff. ；ffang, X. S.；Yuhara, J. ；ffee, A. T. S. Applied Surface Science2009, 256，460.)利用乙二胺的模板效應(yīng)組裝控制生長，還原硝酸鉍得金屬鉍納米線，清華大學(xué)李亞棟等用溶劑熱法用多元醇還原法制備鉍納米線該方法不需要硬模板，反應(yīng)溫度低，易于控制。本發(fā)明發(fā)展了鉍納米管、鉍納米線的合成方法，合理利用POSS組裝納米結(jié)構(gòu)的取向生長特性來合成納米線，以氨基化倍半硅氧烷和鉍鹽為初級原料，利用POSS和金屬離子配位鍵作用，還原劑還原鉍離子成鉍納米粒子，功能化的POSS誘導(dǎo)金屬鉍形成片狀結(jié)構(gòu)，最后卷曲成納米線。該方法具有原料廉價易得，反應(yīng)所需的設(shè)備簡單，反應(yīng)條件溫和，易于控制，制備周期短，獲得的納米線結(jié)晶性好，可以實現(xiàn)批量化生產(chǎn)等特點。該發(fā)明建立了低溫液相還原合成金屬鉍納米管的新方法，發(fā)展了低維納米材料的調(diào)控合成技術(shù)，為其它金屬納米線的制備提供了一種切實可行 的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種方便、易操作的八氨基倍半硅氧烷自組裝制備鉍金屬納米線的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種八氨基倍半硅氧烷自組裝制備金屬鉍納米線的方法，其特征是包括下列步驟①氨基化POSS和金屬鉍粒子的相互作用將金屬鉍鹽和八氨基倍半硅氧烷溶于溶劑水或乙二醇中，用鹽酸或硝酸調(diào)節(jié)pH值在f 2之間，在常溫下攪拌I小時，得到A液；金屬鉍鹽和八氨基倍半硅氧烷的摩爾比為1:1 5 ;②金屬鉍鹽的還原當(dāng)步驟①的溶劑為水時，將還原劑配成溶液，用注射泵將還原劑滴加到上述A溶液中，在20 30°C反應(yīng)I 8小時，得到含鉍納米粒子的B液；金屬鉍鹽與還原劑的摩爾比為1:2 5 ;當(dāng)步驟①的溶劑為乙二醇時，直接將A液在20 30°C反應(yīng)I 8小時，得到含鉍納米粒子的B液；③金屬納米鉍粒子成核生長，將上述B液升溫至60 80°C，反應(yīng)3飛小時，使金屬納米鉍粒子成核生長，最后自組織成納米片，再組裝成納米線；④產(chǎn)物的洗滌和干燥，將上述產(chǎn)物分別用乙醇和二次蒸餾水洗滌2 3次，60°C條件下干燥得鉍納米片或納米線。所述金屬鉍鹽既是氯化鉍或硝酸鉍。還原劑是硼氫化鈉或鹽酸羥胺。本發(fā)明方法簡便、易操作；解決了硬模版制備方法中的設(shè)備要求高和程序繁瑣的問題，本發(fā)明制備金屬鉍納米線將用于負載其它金屬催化劑，改善催化劑的催化活性和提高催化劑穩(wěn)定性。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖1是基于POSS自組裝鉍納米線的合成路徑。圖2是合成的Bi納米線和納米片的透射電子顯微鏡圖。圖3是合成Bi納米線和納米片的掃描透射電子顯微鏡圖。圖4是圖3中選擇微區(qū)的成份分析圖。
具體實施例方式實施例1水溶液中鉍納米線的制備過程。鉍納米線配合物的合成路徑如圖1所示。分為以下幾步①氨基化POSS和金屬鉍粒子的相互作用，將取2mL10mM的Bi(N03)3和11. 7mg的氨基化POSS放置在50mL的燒瓶中，加入38mL 二次蒸餾水，加入200 μ L的濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值在1. 5左右，在常溫下劇烈攪拌I小時，得到A液；②金屬鉍鹽的還原，7. 6mg的硼氫化鈉溶于IOmL的水中，配成還原劑溶液，用注射泵將還原劑緩慢滴加到上述A溶液中，在20 30°C (例20°C、25°C、30°C)反應(yīng)I 8小時(例I小時、4小時、8小時)，得到含鉍納米粒子的B液。③金屬納米鉍粒子成核生長，將上述B液升溫至75°C，反應(yīng)4飛小時(例4小時、5小時、6小時)，使金屬納米鉍粒子成核生長，最后自組織成納米片，再組裝成納米線。④產(chǎn)物的洗滌和干燥，將上述產(chǎn)物分別用乙醇和二次蒸餾水洗滌2 3次，60°C條件下干燥得鉍納米片或納米線。測得的透射電子顯微鏡圖片如圖二所示。產(chǎn)物的選擇微區(qū)的掃描透射電子顯微鏡圖如圖3所示，圖3中的矩形區(qū)域的成份分析如圖4所示，可以證實合成的是金屬鉍納米片和納米線。實施例2乙二醇溶液中鉍納米線的制備過程。鉍納米線配合物的合成路徑如圖1所示。分為以下幾步①氨基化POSS和金屬鉍粒子的相互作用，將取48. 5mg的Bi (N03) 3和35.1mg的氨基化POSS放置在50mL的燒瓶中，加入50mL的乙二醇，加入200 μ L的濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值在1. 5左右，在常溫下劇烈攪拌I小時；②金屬鉍鹽的還原，將上述溶液在20 30°C (例20°C、25°C、30°C)反應(yīng)I 8小時(例I小時、4小時 、8小時)，得到含鉍納米粒子的溶液。③金屬納米鉍粒子成核生長，將上述步驟中的溶液升溫至75°C，反應(yīng)4飛小時(例4小時、5小時、6小時)，使金屬納米鉍粒子成核生長，最后自組織成納米片，再組裝成納米線。④產(chǎn)物的洗滌和干燥，將上述產(chǎn)物分別用乙醇和二次蒸餾水洗滌2 3次，60°C條件下干燥得鉍納米片或納米線。
權(quán)利要求
1.一種八氨基倍半硅氧烷自組裝制備鉍金屬納米線的方法，其特征是包括下列步驟 ①氨基化POSS和金屬鉍粒子的相互作用將金屬鉍鹽和八氨基倍半硅氧烷溶于溶劑水或乙二醇中，用鹽酸或硝酸調(diào)節(jié)pH值在廣2之間，在常溫下攪拌I小時，得到A液；金屬鉍鹽和八氨基倍半硅氧烷的摩爾比為1:1 5 ; ②金屬鉍鹽的還原 當(dāng)步驟①的溶劑為水時，將還原劑配成溶液，用注射泵將還原劑滴加到上述A溶液中，在20 30°C反應(yīng)I 8小時，得到含鉍納米粒子的B液；金屬鉍鹽與還原劑的摩爾比為1:2 5 ; 當(dāng)步驟①的溶劑為乙二醇時，直接將A液在20 30°C反應(yīng)I 8小時，得到含鉍納米粒子的B液； ③金屬納米鉍粒子成核生長，將上述B液升溫至60 80°C，反應(yīng)3飛小時，使金屬納米鉍粒子成核生長，最后自組織成納米片，再組裝成納米線； ④產(chǎn)物的洗滌和干燥，將上述產(chǎn)物分別用乙醇和二次蒸餾水洗滌2 3次，60°C條件下干燥得鉍納米片或納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的八氨基倍半硅氧烷自組裝制備鉍金屬納米線的方法，其特征是所述金屬鉍鹽既是氯化鉍或硝酸鉍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的八氨基倍半硅氧烷自組裝制備鉍金屬納米線的方法，其特征是還原劑是硼氫化鈉或鹽酸羥胺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種八氨基倍半硅氧烷自組裝制備鉍金屬納米線的方法，包括氨基化POSS和金屬鉍粒子的相互作用、金屬鉍鹽的還原、金屬納米鉍粒子成核生長、產(chǎn)物的洗滌和干燥等步驟。本發(fā)明方法簡便、易操作；解決了硬模版制備方法中的設(shè)備要求高和程序繁瑣的問題，本發(fā)明制備金屬鉍納米線將用于負載其它金屬催化劑，改善催化劑的催化活性和提高催化劑穩(wěn)定性。
文檔編號B22F9/24GK103056380SQ20121058348
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者葛存旺, 李玉松, 金瑞娣, 詹文毅, 繆建文, 金永龍, 黃明宇, 倪紅軍 申請人:南通大學(xué)