[發明專利]負載鎳顆粒的磁性核殼納米復合材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 201710514726.0
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107335403A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 丁磊;張敏;徐菁利
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J27/22;C07C213/02;C07C215/76;C07K14/765;C07K1/14
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務所(普通合伙)31293
• 代理人: 吳瑾瑜

技術領域

本發明涉及納米材料領域，具體地涉及負載鎳顆粒的磁性核殼納米復合材料、其制備方法及應用。

背景技術

納米技術是現代技術(如計算機技術、微電子和掃描隧道顯微鏡技術)和現代科學(分子生物學、量子力學等)結合在一起的產物。由之帶來的納米材料具有硬度大、重量輕、設計方便、壽命長、維修成本低等諸多優點，相比普通材料性能更加優異突出。其中，核殼結構的納米復合材料一般由中心的核以及包覆在外部的殼組成，核殼結構的納米復合材料中的內核與外殼之間通過物理、化學作用相互連接。廣義的核殼結構不僅包括由不同物質組成的具有核殼結構的納米復合材料，還包括中空微球、微膠囊等納米復合材料。核殼結構的納米復合材料許多獨特的物理和化學特性，在超疏水表面涂層、材料學、化學、磁學、電學、光學、生物醫學、催化等領域都具有潛在的應用價值。

核殼結構復合納米材料的模板可為碳球、SiO₂微球或金屬小球及其氧化物微球等，其中，Fe₃O₄磁球由于低毒、水溶性好和利于材料分離回收等優點，被廣泛應用。但裸露的Fe₃O₄存在易被酸等腐蝕，且較易團聚等缺點，不利于生成品質優異的納米復合材料，且最終影響納米復合材料功能的實現。

SiO₂具有無毒性、富含羥基基團、比表面積大等優點，一般可作為核殼材料的殼，對核進行保護作用。因此，將SiO₂包覆于Fe₃O₄表面得磁性硅球Fe₃O₄@SiO₂，對Fe₃O₄起保護和防團聚作用。再者，SiO₂很好的生物相容性，可在磁性硅球上進一步進行修飾。

酚類和醛類縮合而得的酚醛樹脂毒性低、價格便宜且易于包覆于大量材料表面，是一種常見的碳源，在超級電容器方面有著很大的應用前景。目前，有關酚醛樹脂碳化功能性材料的研究集中在其耐燒灼、高吸附、高分離、高導電、高導熱及高耐腐的性能。有報道稱酚醛樹脂將一些金屬氧化物還原形成相對應的金屬單質顆粒，如Ag、Au、Pd等，且酚醛樹脂與金屬化合物結合生成的碳化材料的研究集中在于提高其電學性能。其原理是酚醛樹脂中含有大量的羥基基團，有很好的還原性和配位能力，酚醛樹脂將金屬化合物還原形成相對應的金屬單質顆粒，這些金屬單質顆粒相應地提高酚醛樹脂碳化材料的比電容。

目前，核殼結構納米復合材料有金屬-金屬，金屬-氧化物，氧化物-氧化物等核殼結構，其中，復合材料中的金屬大多采用Ag、Au、Pd、Pt等貴金屬，然而，貴金屬資源有限，且價格昂貴，在一定程度上制約了該類材料的推廣應用。

因此，采用廉價的金屬代替貴金屬制備核殼結構納米復合材料，并擴大核殼結構納米復合材料的推廣應用，還有待進一步研究。

發明內容

針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種負載鎳顆粒的磁性核殼納米復合材料、其制備方法及應用。

為實現上述目的，本發明技術方案為：

負載鎳顆粒的磁性核殼納米復合材料，包括磁性核、包覆磁性核的負載鎳顆粒的碳化外殼和包覆在磁性核與碳化外殼之間的二氧化硅層。

磁性核為Co Fe₂O₄磁性核、Fe₂O₃磁性核、FeO磁性核或者Fe₃O₄磁性核等磁性核。

磁性核的粒徑為110～180nm；鎳顆粒的粒徑為4～7.5nm；二氧化硅層的厚度為7～30nm。優選地，磁性核的粒徑為145～155nm；鎳顆粒的粒徑為4.5～5.5nm；二氧化硅層的厚度為20～25nm。進一步優選為，磁性核的粒徑為150nm；鎳顆粒的粒徑為5nm；二氧化硅層的厚度為25nm。

負載鎳顆粒的磁性核殼納米復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將包覆二氧化硅層的磁性核分散于堿性醇水體系中，加入混合有鎳鹽的合成酚醛樹脂的前體溶液，反應得到包覆酚醛樹脂層的磁性核，酚醛樹脂層摻雜鎳離子。

2)包覆酚醛樹脂層的磁性核在惰性氣體中保溫焙燒，得到負載鎳顆粒的磁性核殼納米復合材料。