[發(fā)明專利]具有核殼結(jié)構(gòu)的磁性高分子/碳基微球材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210350764.4
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN103657545A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧勇輝;岳秦;王子龍
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;H01F1/00
• 代理公司: 上海元一成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31268
• 代理人: 吳桂琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬先進(jìn)納米復(fù)合材料與納米技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具有核殼結(jié)構(gòu)的磁性高分子/碳基微球材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，核殼復(fù)合微球因其能夠同時利用其核層和殼層的優(yōu)點而成為一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型復(fù)合材料。據(jù)研究報道，有關(guān)采用磁性材料作為核層，聚合高分子或者碳作為殼層的復(fù)合微球，由于其綜合了磁性材料所擁有的磁響應(yīng)性以及聚合高分子易功能化的特性或者碳?xì)拥氖杷裕谖健⒎蛛x、催化等方面有廣泛的應(yīng)用前景，其中的具有空腔結(jié)構(gòu)的磁性核殼微球材料可用于納米反應(yīng)器，藥物緩釋，以及大容量的吸附和分離等方面。

現(xiàn)有技術(shù)公開的有關(guān)磁性碳基材料的制備中，所述磁性碳基材料大多采用葡萄糖、蔗糖等糖類作為碳源(Shouhu?Xuan,Lingyun?Hao,Wanquan?Jiang,Xinglong?Gong,YuanHu?and?Zuyao?Chen.Nanotechnology?2007,18,035602)，通過水熱合成實現(xiàn)磁性碳基材料的合成，所得到的復(fù)合材料存在如下缺陷和不足：容易粘連，不均勻，分散性較差，包裹的殼層厚度難以控制，包裹的厚度較薄等等。采用樹脂類作為碳源合成磁性碳基微球材料鮮有報道。有研究報道了有關(guān)空心碳球材料的制備（An-Hui?Lu,*Tao?Sun,Wen-Cui?Li,Qiang?Sun,Fei?Han,Dong-Hai?Liu,and?Yue?Guo.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,11765-11768;An-Hui?Lu,*Wen-Cui?Li,Guang-Ping?Hao,Bernd?Spliethoff，Hans-Josef?Bongard,Bernd?Bastian?Schaack,and?Ferdi?Sch_th.Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,1615-1618;Antonio?B.Fuertes,*Patricia?Valle-Vigo′n?and?Marta?Sevilla.Chem.Commun.,2012,48,6124–6126;Rui?Liu,Shannon?M.Mahurin,Chen?Li,Raymond?R.Unocic,Juan?C.Idrobo,Hongjun?Gao,Stephen?J.Pennycook,and?Sheng?Dai.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,6799-6802），但是其制備方法步驟繁瑣，尤其是需付出犧牲使用的模板為代價，并且在吸附，分離，催化等應(yīng)用中難以實現(xiàn)分離循環(huán)使用；因而，可以實現(xiàn)方便分離回收的磁性空心碳球的研制成為本領(lǐng)域研究人員的關(guān)注點，迄今為止，尚未見采用一步法直接合成具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)的磁性碳基微球材料的報道。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一類具有核殼結(jié)構(gòu)的磁性高分子/碳基微球材料及其制備方法。尤其涉及以磁性氧化物粒子為核，以溶膠-凝膠一步法簡單快速的合成磁性聚合樹脂高分子/碳基微球材料及其制備方法。

具體而言，本發(fā)明的具有核殼結(jié)構(gòu)的磁性高分子/碳基微球材料，其特征在于，通過下述方法制備，以磁性納米粒子為核，聚合樹脂為碳源，利用溶膠-凝膠方法以及高溫焙燒碳化過程，在其表面包覆一層聚合樹脂類高分子層并將其碳化，得到一類核殼結(jié)構(gòu)的磁性高分子及碳基微球材料；其包括步驟：

首先以磁性納米粒子為核，采用溶膠－凝膠法，在醇水相中，堿性催化劑下，在磁性無機(jī)納米粒子外面包裹一層聚合樹脂高分子層，得到磁性高分子微球；再經(jīng)過高溫焙燒碳化聚合樹脂高分子層，得到磁性碳基微球材料；在合成過程中加入高分子表面活性劑等造孔劑，經(jīng)過焙燒碳化聚合樹脂高分子層同時除掉表面活性劑分子，得到具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)（yolk-shell）的磁性碳基微球材料。

本發(fā)明中，所述的磁性納米粒子尺寸在50nm~1μm之間；該微粒材料選自四氧化三鐵(Fe₃O₄)、γ－三氧化二鐵（γ-Fe₂O₃）、NiFe₂O₄、CuFe₂O₄、納米鐵顆粒（Fe）、納米鎳（Ni）或納米鈷（Co）中的一種；

本發(fā)明中，使用的碳源選自酚醛樹脂或密胺樹脂；在磁性納米顆粒表面包裹聚合樹脂高分子層時，使用的樹脂類原料選自苯酚，間二苯酚，間三苯酚，三聚氰胺中的一種，以及與之發(fā)生聚合反應(yīng)的甲醛或六次甲基四胺。