具有不同曲率的螺旋状金属或金属氧化物丝材料及其制备方法 技术领域：
本发明属于无机材料技术领域，特别是螺旋状金属或金属氧化物丝材料及其制备方法。
背景技术：
随着纳米材料的领域的蓬勃发展，纳米金属或金属氧化物导体也越来越受到科学家和研究者的关注。这主要是因为这类材料在电子学方面具有自身独特的优势。而螺旋状纳米金属或金属氧化物丝材料则因为具有特殊的结构，表现出更特殊的性质，因而吸引着许多科学工作者进行这类材料的研究工作。但尚未发现螺旋状金属或金属氧化物丝的成功合成之例。
最近，发明人首次利用阴离子表面活性剂成功地合成了具有手性结构的二氧化硅介孔材料。此发现无疑给合成螺旋状纳米金属或金属氧化物丝材料的制备提供了极大的可能性。
发明内容：
本发明的目的是提出一种螺旋状金属或金属氧化物丝材料及其合成方法，要求该材料具有螺旋状纳米丝结构，以满足工业应用与研究的需要。
本发明提出的螺旋状金属或金属氧化物丝材料，是用具有手性结构的二氧化硅介孔材料作为模板剂，以各种金属盐作为金属或金属氧化物源，通过金属盐溶液灌装法制备获得。该材料具有不同曲率的螺旋状丝结构，材料直径为2-3nm，长度为1-6μm。
本发明提出地上述具有不同的曲率的螺旋状金属或金属氧化物丝的制备方法如下：先将金属或金属氧化物源与溶剂混合均匀，将具有手性结构的二氧化硅介孔材料加入到该溶液中；经过热处理，使溶剂挥发，得到固体物；再在氧气气氛下焙烧，使金属盐氧化，得到金属氧化物，或进一步在氢气气氛下还原得到金属；最后脱除模板剂并进行或处理。
上述制备方法中，金属或金属氧化物源与模板剂具有手性结构二氧化硅介孔材料的用量的质量比一般可为：1∶0.5-2。先在30-80℃范围内，缓慢挥发溶剂；再缓慢升温至焙烧温度300-500℃，升温时间为3-8小时；焙烧温度一般为300-500℃，焙烧时间为4-20小时。
上述制备方法中，金属或金属氧化物源可以采用各种金属盐，如：硝酸铟、硝酸钴、四氨合硝酸铂、六水合氯铂酸、硝酸银、硝酸金等。
上述制备方法中，溶解金属盐所使用的溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮等。
上述制备方法中，原有的具有手性结构的二氧化硅介孔材料模板可以采用氢氧化钠溶液去除，使用的浓度为1-3molL-1；也可以采用氢氟酸溶解去除，使用的浓度一般为5-40％。
本发明中，金属或金属氧化物源是通过毛细管凝聚作用进入具有手性结构二氧化硅介孔材料的孔道的。
下面以金属或金属氧化物源采用四氨合硝酸铂为例，进一步介绍其制备步骤：
1、形成金属盐与溶剂的均匀混合溶液：称取四氨合硝酸铂，加入水，混合后在磁力搅拌器上搅拌0.5-4小时，形成金属盐在溶剂中均匀分散的溶液，所用金属盐、溶剂的质量比为1∶2-50；
2、形成含具有介孔结构二氧化硅材料、四氨合硝酸铂、水的混浊液：将具有手性结构介孔二氧化硅材料加入到步骤1所得的透明溶液中，并继续搅拌4-12小时；介孔材料与四氨合硝酸铂的质量比为1∶0.5-2；
3、热处理使溶剂挥发：将由步骤2所得的混合物转移到烘箱中放置，保持温度为30-80℃，加热2-10小时；
4、二次浸渍：将步骤1-3重复一遍，以使孔道填充完全；
5、形成四氨合硝酸铂与具有手性结构介孔二氧化硅材料的混合物：由步骤4所得的材料在氧气气氛下于300-500℃焙烧4-20小时；或进一步在氢气气氛下于300-500℃还原4-20小时；
6、模板剂的脱除及材料的后处理：将步骤5所得到的复合物置于氢氧化钠或氢氟酸中搅拌10-100小时，使具有介孔结构二氧化硅模板剂溶解；然后经过滤、洗涤、干燥，即得到具有不同曲率的螺旋状金属或金属氧化物丝材料。
本发明中，硬模板具有手性结构的二氧化硅介孔材料，是由手性阴离子表面活性剂介孔结构导向合成而得到的。由于其孔道有序，孔径均匀为2-3nm，具有较高的比表面积800-1000m2/g。
具体的实施方式：以下的实施例是本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
当采用四氨合硝酸铂作为氧化铂源合成氧化铂丝时，其合成步骤如下：先将0.7g四氨合硝酸铂溶解在10g水中；强力搅拌一段时间，使四氨合硝酸铂完全溶解后，加入0.15g具有手性结构的二氧化硅介孔材料，继续搅拌8小时；再将此混合物置于60℃的烘箱中放置12小时，缓慢挥发水得到四氨合硝酸铂和二氧化硅固体混合物；进行二次填充时，将0.3g四氨合硝酸铂溶解在10g水中，强力搅拌一段时间，使四氨合硝酸铂完全溶解后，加入一次填充后得到的固体混合物中，继续搅拌8小时，再将此混合物置于60℃的烘箱中放置12小时，缓慢挥发水得到四氨合硝酸铂和二氧化硅固体混合物。随后将得到的固体物质转移到管式炉中，在350℃氧气气氛下焙烧4小时，即得到氧化铂与二氧化硅的复合物。将此复合物加入10％HF溶液中搅拌2小时，然后过滤、洗涤、和干燥，即得到螺旋状氧化铂材料。该纳米螺旋状氧化铂材料的直径为2.2nm，长度为1-6μm。
实施例2
当采用四氨合硝酸铂作为氧化铂源合成金属铂丝时，其合成步骤如下：先将0.7g四氨合硝酸铂溶解在20g水中；强力搅拌一段时间，使四氨合硝酸铂完全溶解后，加入0.15g具有手性结构的二氧化硅介孔材料，继续搅拌8小时；再将此混合物置于60℃的烘箱中放置12小时，缓慢挥发水得到四氨合硝酸铂和二氧化硅固体混合物；进行二次填充时，将0.4g四氨合硝酸铂溶解在10g水中，强力搅拌一段时间，使四氨合硝酸铂完全溶解后，加入一次填充后得到的固体混合物中，继续搅拌8小时，再将此混合物置于60℃的烘箱中放置12小时，缓慢挥发水得到四氨合硝酸铂和二氧化硅固体混合物。随后将得到的固体物质转移到管式炉中，在350℃氧气气氛下焙烧4小时。待冷却后，再在300℃氢气气氛下还原4小时，即得到金属铂与二氧化硅的复合物。将此复合物加入5％HF溶液中搅拌2小时，然后过滤、洗涤和干燥，即得到螺旋状金属铂材料。该纳米螺旋状氧化铂材料的直径为2.2nm，长度为1-6μm。
实施例3
当采用六水合硝酸钴作为氧化钴源合成氧化钴丝时，其合成步骤如下：先将1.0g六水合硝酸钴溶解在15g乙醇中；强力搅拌一段时间，使六水合硝酸钴完全溶解后，加入0.15g具有手性结构的二氧化硅介孔材料，继续搅拌8小时；再将此混合物置于40℃的烘箱中放置12小时，缓慢挥发乙醇得到硝酸钴和二氧化硅固体混合物；进行二次填充时，将0.4g六水合硝酸钴溶解在10g乙醇中，强力搅拌一段时间，使六水合硝酸钴完全溶解后，加入一次填充后得到的固体混合物中，继续搅拌8小时，再将此混合物置于40℃的烘箱中放置12小时，缓慢挥发乙醇得到硝酸钴和二氧化硅固体混合物。随后将得到的固体物质转移到管式炉中，在350℃氧气气氛下焙烧4小时，即得到氧化钴与二氧化硅的复合物。将此复合物加入15％HF溶液中搅拌2小时，然后过滤、洗涤和干燥，即得到螺旋状氧化钴材料。该纳米螺旋状氧化钴材料的直径为2.2nm，长度为1-6μm。
实施例4
当采用硝酸铟作为氧化铟源合成氧化铟丝时，其合成步骤如下：先将0.6g 4.5水合硝酸铟溶解在15g水中；强力搅拌一段时间，使4.5水合硝酸铟完全溶解后，加入0.15g具有手性结构的二氧化硅介孔材料，继续搅拌8小时；再将此混合物置于70℃的烘箱中放置12小时，缓慢挥发水得到硝酸铟和二氧化硅固体混合物；进行二次填充时，将0.4g 4.5水合硝酸铟溶解在10g乙醇中，强力搅拌一段时间，使4.5水合硝酸铟完全溶解后，加入一次填充后得到的固体混合物中，继续搅拌8小时，再将此混合物置于70℃的烘箱中放置12小时，缓慢挥发水得到硝酸铟和二氧化硅固体混合物。随后将得到的固体物质转移到管式炉中，在350℃氧气气氛下焙烧4小时，即得到氧化铟与二氧化硅的复合物。将此复合物加入20％HF溶液中搅拌2小时，然后过滤、洗涤和干燥，即得到螺旋状氧化铟材料。该纳米螺旋状氧化铟材料的直径为2.2nm，长度为1-6μm。