[發(fā)明專利]雙金屬/碳層狀復(fù)合球的一步微波制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210298558.3
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN103586480A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐少春;孟祥康;李楠庭;高文華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學;南京先歐儀器制造有限公司
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及應(yīng)用于光學、催化和生物傳感等領(lǐng)域的雙金屬/碳層狀復(fù)合球及其簡單、快速的制備方法，尤其是一步微波實現(xiàn)兩種不同電荷的金屬或金屬絡(luò)合離子在碳內(nèi)部和表面同時被還原，從而獲得層狀結(jié)構(gòu)的雙金屬/碳復(fù)合球的制備方法。

背景技術(shù)

將金屬納米粒子摻雜到球形基體的內(nèi)部或表面，可獲得不同于金屬納米粒子及其隨機聚集體的催化、磁、電、光等性能。納米粒子自身的小尺寸效應(yīng)、集體效應(yīng)、金屬-基體間的協(xié)同作用對性能的提高具有重要影響。尤其是在催化方面，基體材料的微孔對納米粒子產(chǎn)生限域效應(yīng)，能夠增強催化活性。而且，將兩種及兩種以上具有特定功能的金屬納米粒子與基體復(fù)合，能夠?qū)崿F(xiàn)多種性能集于一身，在許多領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力。

微孔碳球具有高比表面積、良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、低電阻以及可大規(guī)模制備、尺寸可控等優(yōu)點，已成為重要的基體材料之一。它們已被廣泛應(yīng)用于藥物輸運、生物診斷、高容量電池等。多種金屬納米粒子摻雜到微孔碳球的內(nèi)部和表面，可獲得高活性和高選擇性的納米復(fù)合催化劑。例如，小分子能進入孔內(nèi)并和內(nèi)部納米粒子反應(yīng)，而大分子只能與表面的納米粒子作用。此外，其它性能(如光學)也可通過調(diào)節(jié)粒子的尺寸、組分比和數(shù)密度等進行調(diào)控。

近年來，國內(nèi)外大量研究已致力于碳球的納米摻雜，但主要局限于表面包覆。利用傳統(tǒng)加熱技術(shù)，材料受熱不均勻，金屬納米粒子只能在碳球的表面形成，且反應(yīng)速率很慢。特別是，以兩種離子混合液為前驅(qū)體時，無論在溶液中均相成核還是在載體表面異相成核，在傳統(tǒng)加熱下發(fā)生共還原往往形成合金。利用兩步法(即先獲得碳包覆金屬納米粒子的復(fù)合球，然后在球表面沉積第二種金屬)可以實現(xiàn)兩種金屬粒子的摻雜，但步驟繁瑣，產(chǎn)物不均一，且每個碳球內(nèi)往往只能包裹一個金屬納米粒子。通過一步反應(yīng)，選擇性地在基體內(nèi)部和外部同時生長兩種及以上金屬納米粒子從而獲得多層復(fù)合結(jié)構(gòu)尚未有報道。

微波加熱具有熱損耗小、快速和簡便等優(yōu)點，特別是，由于不同材料對微波的吸收速率不同，微波具有選擇性加熱的特性。因此，發(fā)展一種簡單、快速和經(jīng)濟的微波輔助制備方法，以金屬離子的混合液為前驅(qū)體，能實現(xiàn)在碳球不同位置同時生成兩種金屬粒子。這不僅能克服在碳球內(nèi)部一步生長兩種以上金屬納米粒子的困難，同時將打破傳統(tǒng)加熱下混合金屬離子共還原通常只生成合金的局限，對納米功能復(fù)合材料的設(shè)計、制備和應(yīng)用具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的：提出雙金屬/碳層狀復(fù)合球及其簡單、快速的制備方法。采用不同電荷金屬離子的混合液為前驅(qū)體，一步在碳球內(nèi)部和外部同時生長多種金屬粒子。該方法克服了在碳基體不同位置同時生長兩種以上金屬納米粒子的困難，同時打破了傳統(tǒng)加熱下混合金屬離子共還原通常只生成合金的局限。利用本發(fā)明提供的方法制得的復(fù)合球在催化、光學和醫(yī)學等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案：本發(fā)明的雙金屬/碳層狀復(fù)合球的一步微波制備方案是：在室溫下，將0.1-0.3g干燥的微孔碳球加入到20-100mL金屬前驅(qū)體混合液中，進行浸漬，混合溶液由一種正電荷和一種負電荷的金屬或金屬絡(luò)合離子組成。正離子包括[Ag(NH₃)₂]⁺、Pd²⁺、Au⁺等，負離子為MCl_n(M＝Au、Pd、Pt等，n＝4或6)。在浸漬后的碳球懸浮液中加入0.02-0.08g聚乙烯吡咯烷酮還原劑并劇烈攪拌至完全溶解。然后，將懸浮液置于功率、溫度和時間可調(diào)控的微波反應(yīng)器中，微波加熱反應(yīng)2-10min。產(chǎn)物在空氣中自然冷卻至室溫，用去離子水、無水乙醇反復(fù)離心清洗，最后在烘箱中烘干或干燥6h以上。

所述微孔碳球的制備可采用已有的常規(guī)方法，如水熱法，具體步驟為：將配制好的0.3mol/L(M)蔗糖水溶液裝入88mL的反應(yīng)釜中(填充率為50％)，在190℃下恒溫反應(yīng)2-8h，然后反應(yīng)釜被取出后在空氣中自然冷卻。產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇反復(fù)離心、清洗，最后在40℃下干燥。

碳球的直徑在250-1200nm范圍內(nèi)可調(diào)，孔隙直徑＜2nm，每次最佳使用量為0.1-0.3g。