[發明專利]一種單分散厚度可控的磁性核-殼碳材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410777766.0
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104599828A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 張學彬;劉少民;劉宇欣;宗凱;徐業平
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01F41/02
• 分類號: H01F41/02;B82Y25/00;B82Y40/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明屬于磁性分離材料制備技術領域，具體涉及一種殼層厚度可控的磁性核-殼碳納米材料的制備方法。

背景技術

磁性材料作為一類重要的功能材料，在環境有害物質分離、催化、信息儲存、生物成像以及藥物傳輸等領域具有廣泛的應用前景。其中鐵基磁性材料，如四氧化三鐵，因其高的飽和磁化強度、簡單的合成技術以及可控的尺寸與形貌，受到了國內外許多研究者的青睞。然而，單純的四氧化三鐵是化學惰性的，缺少功能基團，特別是小粒徑的四氧化三鐵納米顆粒因具有高的表面能使其易于團聚，從而大大降低了其應用性能。

對于磁性材料進行核-殼結構包裹作為一種可有效解決其穩定性問題的方法以及其應用上的可靠性和廣泛性受到了越來越多的重視，通過具備厚度可控性的“殼”層的包覆，不僅可以提高磁性材料的穩定性，還能夠拓寬其應用領域。目前，碳基質包裹的磁性核-殼材料不僅對有機基質具有良好的兼容性，還易于其它有機、無機功能物種的修飾改性，賦予納米復合材料以特定的性質。例如，可直接用于對廢水中有機污染物的高效富集、分離，可無機金屬浸漬后用于環境污染物的催化降解，可有機修飾后用于抗癌藥物的傳輸與控制釋放，可負載顯影劑用于生物成像等。

至今為止，已有許多不同的制備磁性核-殼碳材料的方法不斷被開發出來，比如：通過水熱法在Fe₃O₄或α–Fe₂O₃納米顆粒存在的條件下，原位碳化葡萄糖來制備磁性核-殼碳材料[M.Y.Zhu,C.J?Wang,D.H.Meng?and?G.W.Diao,In?situ?synthesis?of?silver?nanostructures?on?magnetic?Fe₃O₄@C?core-shell?nanocomposites?and?their?application?in?catalytic?reduction?reactions，J.Mater.Chem.A,2013,1,2118.]；通過熱解法以Ferrocene作鐵源、以碳酸銨作碳源來合成形狀可控的碳包覆磁性Fe₃O₄納米顆粒[J.Zhang,J.Du,Y.Qian,Q.Yin?and?D.Zhang,Shape-controlled?synthesis?and?their?magnetic?properties?of?hexapod-like,flake-like?and?chain-like?carbon-encapsulated?Fe₃O₄core/shell?composites，Mater.Sci.Eng.B,2010,170,51.]；以多巴胺作碳源，通過控制涂覆以及隨后的高溫焙燒法制備了氮摻雜的磁性Fe₃O₄核殼納米顆粒[A.H.Lu,C.Lei,F.Han,D.Li,W.C.Li,Q.Sun?and?X.Q.Zhang,Dopamine?as?the?coating?agent?and?carbon?precursor?for?the?fabrication?of?N-doped?carbon?coated?Fe₃O₄composites?as?superior?lithium?ion?anodes，Nanoscale，2013,5,1168]；通過在Fe₂O₃或Fe₃O₄納米顆粒表面進行微乳液聚合溶液中的甲基丙烯酸或苯乙烯來制備Fe₂O₃@PAA或Fe₃O₄@PS，然后經高溫N₂條件下焙燒制得Fe₃O₄核-殼碳納米顆粒[T.J.Yao,T.Y.Cui,J.Wu,Q.Z.Chen,X.J.Yin,F.Cui?and?K.N.Sun,Preparation?of?acid-resistant?core/shell?Fe₃O₄@C?materials?and?their?use?as?catalyst?supports，Carbon,2012,50,2287]。盡管上述方法均能成功制備磁性核-殼碳材料，但是合成步驟繁瑣、產率低，另外具有均一、單分散以及尺寸可控的磁性核-殼碳材料的合成還存在一定的困難，在一定程度上限制了其在許多領域的廣泛應用。