一种室温固相化学反应制备离子液体多金属氧酸盐纳米棒的方法

摘要

本发明提供一种利用室温固相化学反应制备离子液体多金属氧酸盐纳米棒的方法，以离子液体和杂多酸为原料，在室温下混合研磨，用水和乙醇洗涤，干燥，即得离子液体多金属氧酸盐产物。固相反应过程中离子液体既是反应物又充当模板剂，自组装得到离子液体多金属氧酸盐纳米棒。该方法简便、高效、不需加热、无需添加剂、绿色无污染，一步便可制得离子液体多金属氧酸盐纳米棒。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种室温固相化学反应制备离子液体多金属氧酸盐纳米棒的方法。

背景技术：

纳米材料由于其特殊的物理效应如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧 道效应等，使其与本体材料相比具有独特的光、电、磁及催化特性。现阶段，纳米材料的研 究已不仅仅局限于制备纳米级的粉体材料，更重要的是研究材料如何在介观/纳米尺度组装， 形成具有特殊性能的新结构材料。自从碳纳米管的发现，为一维纳米结构的研究与应用开辟 了崭新的方向，引起了国内外材料科学家的广泛关注。目前，新型结构和新功能的纳米结构 材料的开发、研制和应用推动了各种纳米结构材料合成方法的发展，文献报道的制备纳米结 构材料的方法，如：模板法、溶剂热合成法、电弧放电法、化学气相沉积法、气-液-固生长 机制激光烧蚀法等，为纳米结构材料的研究奠定了基础。但这些方法要求高的反应温度、繁 琐的制备过程和较长的反应时间等苛刻条件。因此，寻找反应条件温和、操作简便的制备纳 米结构材料的方法是当前的一大挑战。在纳米材料的众多制备方法中，低热固相化学反应法 具有不使用溶剂、选择性好、产率高、操作简便、对环境友好等优点，符合当今绿色化学发 展的要求，在合成纳米材料中日益显示出巨大潜力。

离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的在室温下呈液态的盐，具有很多独 特的物理化学性质，如蒸汽压低、不挥发、不可燃、热容量大、离子导电率高、电化学窗口 宽等，引起了科学界和工业界的广泛瞩目，已经被开发和应用到诸多领域。多金属氧酸盐是 一类含有氧桥的多核混合价态化合物，具有独特的结构和性质，因而被广泛应用于催化、电 化学、药物化学、光学、磁性、功能材料等诸多领域中。多酸是优秀的无机构筑块，与许多 有机体结合，能形成具有新型功能特性的有机-无机杂化多金属氧酸盐材料，兼具有机和无机 基块的性能，衍生出许多单个分子所不具备的新性质。目前，关于有机-无机杂化的多金属氧 酸盐一维纳米材料的制备研究较少，例如，Lan等采用LBL方法制得了 (PDDA/PSS)_9.5(TEA₄SiW₁₂)_n纳米棒薄膜；Lu等采用静电纺丝法制备了PVA/EuW₁₀复合物纤 维。而关于将离子液体和多金属氧酸盐的优势相结合制成离子液体多金属氧酸盐一维纳米材 料的研究则鲜见报道，因而，探索简便、高效、无污染的合成方法制备离子液体多金属氧酸 盐一维纳米材料具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种室温固相化学反应制备离子液体多金属氧酸盐纳米棒的方 法，该方法简便、高效、不需加热、无需添加剂、绿色无污染，一步便可制得离子液体多 金属氧酸盐纳米棒。

本发明涉及一种离子液体多金属氧酸盐纳米材料，其成分为(C₁₂mim)₄SiW₁₂O₄₀，合成 步骤包括以下几步：

(1)以1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(C₁₂mimBF₄)或1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐 (C₁₂mimBr)和12-钨硅酸(H₄SiW₁₂O₄₀·nH₂O)为原料，按摩尔比4∶1准确称取。

(2)先将两种原料在室温下于玛瑙研钵中分别研磨5分钟；

(3)将研细的两原料在室温下于玛瑙研钵中混合研磨2-3小时；原料混合立即发生室温 固相反应，由粉末原料变为粘稠状反应物，固相反应结束后为粉末状；

(4)将步骤(3)中的粉末用水充分洗涤，再用乙醇洗涤，干燥，制得离子液体多金属氧酸 盐纳米棒(C₁₂mim)₄SiW₁₂O₄₀。

附图说明

图1为本发明以C₁₂mimBF₄为原料经过室温固相化学反应得到的离子液体多金属氧酸 盐(C₁₂mim)₄SiW₁₂O₄₀的扫描电镜照片。

图2为本发明以C₁₂mimBr为原料经过室温固相化学反应得到的离子液体多金属氧酸盐 (C₁₂mim)₄SiW₁₂O₄₀的扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例1

按摩尔比4∶1准确称取1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(C₁₂mimBF₄)和12-钨硅酸 (H₄SiW₁₂O₄₀·nH₂O)，先将两种原料在室温下于玛瑙研钵中分别研磨5分钟，然后将研细的 两原料在室温下于玛瑙研钵中混合研磨2-3小时，混合后立即发生室温固相化学反应，由粉 末原料变为白色粘稠状反应物，固相反应结束后为粉末状产物，再将其用水和乙醇充分洗 涤，干燥，制得离子液体多金属氧酸盐(C₁₂mim)₄SiW₁₂O₄₀纳米棒，产率为91.5％。

实施例2

按摩尔比4∶1准确称取1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐(C₁₂mimBr)和12-钨硅酸 (H₄SiW₁₂O₄₀·nH₂O)，先将两种原料在室温下于玛瑙研钵中分别研磨5分钟，然后将研细的 两原料在室温下于玛瑙研钵中混合研磨2-3小时，混合后立即发生室温固相化学反应，由粉 末原料变为白色粘稠状反应物，固相反应结束后为粉末状产物，再将其用水和乙醇充分洗 涤，干燥，制得离子液体多金属氧酸盐(C₁₂mim)₄SiW₁₂O₄₀纳米棒，产率为92.6％。