[發(fā)明專利]一種以多巴胺為碳源制備納米空心碳球的方法

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• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105502342A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設計）人: 張彥偉;張敏;徐菁利
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y30/00
• 代理公司: 上海海頌知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發(fā)明是涉及一種以多巴胺為碳源制備納米空心碳球的方法，屬于納米材料制備技術領域。

背景技術

由于小尺寸效應，納米材料具有很多獨特的性能和特殊的應用，高比表面積使得其在高效催化劑、氫儲存材料、低熔點材料等領域被寄予厚望。納米材料形貌的變化也對材料本身的物理性能造成顯著改變，如：納米材料具有較低的光反射系數(shù)，能夠高效地將太陽能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，而且作為添加劑還具有增強韌性和強度的功能。納米材料在電子學、磁學、聲學等領域具有巨大應用空間和潛在價值，同時納米材料還廣泛應用于物理、化學、生物、材料和醫(yī)藥領域。同時納米材料的量子尺寸效應與宏觀量子隧道效應使得納米材料應用于電氣元件、傳感器等領域。

隨著納米技術的發(fā)展，納米空心球材料由于其具有密度低、比表面積大的獨特性質(zhì)，引起了廣泛關注，成為納米材料技術領域的一個研究熱點。納米空心碳球是納米空心球材料中的一種，由于其具有較好的吸附性和滲透性，并且空心腔體可以用來容納客體分子，產(chǎn)生微觀“包裹”效應，因此納米空心碳球作為一種新型的功能材料，在催化劑載體、超級電容、可控藥物傳輸和緩釋等領域具有廣闊的應用前景。

目前通常采用二氧化硅作為前驅(qū)體，然后通過控制碳源在前驅(qū)體的表面進行修飾，形成一種實心的核殼結(jié)構(gòu)，然后通過加熱或化學反應的方法除去前驅(qū)體，通過高溫焙燒使碳源發(fā)生碳化，從而制得空心碳球。

研究表明：多巴胺與二氧化硅有很好的生物相容性，環(huán)境友好無污染，多巴胺中含有的氮元素可使其所制得的碳源在超級電容器方面具有很好的應用前景。因此目前已有以多巴胺為碳源制備納米空心碳球的報道，但目前的制備方法還存在如下缺陷：

首先，目前以多巴胺為碳源進行制備空心碳球時，是將前驅(qū)體SiO₂納米球放入到配制好的多巴胺溶液中，通過多巴胺對前驅(qū)體SiO₂納米球進行修飾，用到的前驅(qū)體SiO₂納米球分為兩種情況：

(1)采用市場上直接購買的SiO₂納米球：這種方法省去了SiO₂納米球的制備從而節(jié)約了空心碳球的制備時間，但是，用市場上購買的SiO₂納米球，不能滿足實驗中對SiO₂納米球的靈活要求，制備出的空心碳球比較單一，不能滿足試驗或市場多元化的需求；

(2)采用實驗室現(xiàn)制的SiO₂納米球：這種方法可以直接根據(jù)實驗需求制備出不同的SiO₂納米球，比較靈活；但是采用這種方法現(xiàn)制時，為了保證SiO₂納米球的質(zhì)量及多巴胺修飾的效果，SiO₂納米球在反應溶液中生成后，都需要先將制備出的SiO₂納米球分離出來，然后對其進行一系列的清洗、干燥等處理，最后將處理好的SiO₂納米球再與多巴胺進行反應，使制備空心碳球需要經(jīng)過兩步才能完成，這種方法不可避免的浪費了大量的時間和試劑，造成了時間及能源的雙重損失。

其次，目前制備空心碳球時，在刻蝕步驟中通常使用HF作為刻蝕劑對SiO₂納米球進行刻蝕，由于HF是一種強腐蝕性的劇毒性物質(zhì)，易揮發(fā)，對人體和環(huán)境危害大，因此不利于規(guī)模化制備。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種操作簡單、適用范圍廣、可實現(xiàn)規(guī)模化的以多巴胺為碳源制備納米空心碳球的方法。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種以多巴胺為碳源制備納米空心碳球的方法，包括如下步驟：

a)首先采用法制備SiO₂納米球，然后向反應體系中直接加入多巴胺，通過原位聚合使多巴胺包覆在SiO₂表面，制得復合納米材料，簡記為：SiO₂Pdop；

b)將制得的復合納米材料：SiO₂Pdop，在氮氣氛下進行焙燒處理：以8～12℃/分鐘的升溫速率升溫至450～550℃，然后保溫4～6小時，得到碳化的復合納米材料，簡記為：SiO₂Carbon；

c)將制得的碳化的復合納米材料：SiO₂Carbon分散在氨水溶液中，在130～150℃進行保溫刻蝕10～16小時，得到所述的納米空心碳球，簡記為：voidCarbon。

作為優(yōu)選方案，所述步驟a)包括如下操作：