[發(fā)明專利]一種磁性核殼結(jié)構(gòu)納米材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610009331.0
• 申請(qǐng)日: 2016-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN105521772A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁磊;張敏;徐菁利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/26
• 分類號(hào): B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;B01J23/755;B01J35/02;C07C213/02;C07C215/76
• 代理公司: 上海海頌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是涉及一種磁性核殼結(jié)構(gòu)納米材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料成為復(fù)合材料、納米材料等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料(CSNC)一般由中心的核以及包覆在外部的殼組成，CSNC中的內(nèi)核與外殼之間通過物理、化學(xué)作用相互連接。廣義的核殼結(jié)構(gòu)不僅包括由不同物質(zhì)組成的具有核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料，還包括中空微球、微膠囊等納米復(fù)合材料。由于CSNC具有許多獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，在超疏水表面涂層、材料學(xué)、化學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化等領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

研究表明：SiO₂納米小球具有比表面積大、尺寸可調(diào)控、無毒性等優(yōu)點(diǎn)，因此，不僅可以作為功能性材料的載體，也可以作為核殼納米材料的制備模板；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，并且多巴胺中含有氮元素使得其所制得的碳源可在超級(jí)電容器方面有著很大的應(yīng)用前景。目前已有研究采用多巴胺對(duì)SiO₂納米小球進(jìn)行表面修飾，制備核殼結(jié)構(gòu)納米材料，但目前還沒有將鎳鹽與多巴胺的螯合物和SiO₂納米小球相結(jié)合制備核殼結(jié)構(gòu)納米材料的報(bào)道，更沒有該核殼結(jié)構(gòu)納米材料的相關(guān)應(yīng)用報(bào)道。

另外，以往以SiO₂納米小球?yàn)槟０?，包覆多巴胺或過渡金屬鹽與多巴胺的螯合物制備核殼結(jié)構(gòu)納米材料的方法均為兩步合成，都是先合成SiO₂納米小球，然后需要將制備的前驅(qū)體SiO₂納米小球離心分離并用溶劑進(jìn)行數(shù)次洗滌處理，處理結(jié)束后再對(duì)SiO₂納米小球進(jìn)行多巴胺或多巴胺和過渡金屬鹽的螯合物的包覆，最后得到的產(chǎn)物需要再一次的離心分離和溶劑洗滌，由于每一次的分離都需要較長(zhǎng)時(shí)間和溶劑的洗滌，這樣就造成時(shí)間的浪費(fèi)和溶劑的消耗，而且多次洗滌也造成樣品的損失。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種磁性核殼結(jié)構(gòu)納米材料及其制備方法和應(yīng)用，以擴(kuò)大核殼結(jié)構(gòu)納米材料的種類和應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種磁性核殼結(jié)構(gòu)納米材料，是由多巴胺與鎳鹽的螯合物對(duì)二氧化硅納米球進(jìn)行包覆得到的Ni²⁺-PDASiO₂核殼結(jié)構(gòu)納米材料經(jīng)過焙燒或者經(jīng)過刻蝕后再焙燒得到。

一種制備本發(fā)明所述的磁性核殼結(jié)構(gòu)納米材料的方法，包括如下步驟：

a)首先采用法制備二氧化硅納米球，然后直接向制備二氧化硅納米球的反應(yīng)溶液中加入多巴胺與鎳鹽的混合溶液，使制得多巴胺與鎳鹽的螯合物包覆二氧化硅的核殼結(jié)構(gòu)納米材料，即：Ni²⁺-PDASiO₂核殼結(jié)構(gòu)納米材料；

b)將制得的Ni²⁺-PDASiO₂核殼結(jié)構(gòu)納米材料進(jìn)行保溫焙燒或者經(jīng)過刻蝕后再進(jìn)行保溫焙燒，得到所述的磁性核殼結(jié)構(gòu)納米材料。

作為優(yōu)選方案，所述步驟a)包括如下操作：

首先向醇水與氨水的混合溶液體系中滴加正硅酸四乙酯(即TEOS)，在室溫下攪拌3～8小時(shí)，使正硅酸四乙酯完全水解生成二氧化硅納米球；然后向二氧化硅納米球的反應(yīng)溶液中直接加入多巴胺與鎳鹽的混合溶液，在室溫下繼續(xù)攪拌6～24小時(shí)；結(jié)束反應(yīng)，離心分離，對(duì)收集的固體進(jìn)行洗滌、干燥，即得Ni²⁺-PDASiO₂核殼結(jié)構(gòu)納米材料。

作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，1毫升正硅酸四乙酯使用10～40毫升醇水與氨水的混合溶液。

作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述醇水是由醇溶劑(例如乙醇)與水按體積比為1:1～20:1(以2:1～15:1最佳)形成。

作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述醇水與氨水的混合溶液是由醇水與氨水按體積比為8:1～40:1(以10:1～35:1最佳)形成。

作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述多巴胺與鎳鹽的摩爾比為2:1～2:10(以2:1～2:8最佳)。

作為優(yōu)選方案，步驟b)中的保溫焙燒是在氣體(例如氮?dú)?保護(hù)下，首先以8～12℃/min的升溫速率升溫至350～800℃(以450～550℃最佳)，然后進(jìn)行保溫焙燒4～6小時(shí)。

作為優(yōu)選方案，步驟b)中的刻蝕采用去離子水。