一種以多巴胺為碳源制備核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料的制備，具體說(shuō)，是涉及一種以多巴胺為碳源 制備核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料的方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著納米技術(shù)的發(fā)展，核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料現(xiàn)已成為復(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) -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(guò)物理、化學(xué)作用相互連接。由于其具有許多獨(dú)特的物理和 化學(xué)特性，使得其在超疏水表面涂層、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) 域都具有很大潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 研究表明：多巴胺與二氧化硅之間具有很好的生物相容性，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，因此，目前已有采用 多巴胺為碳源制備核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料的報(bào)道，但目前的制備方法均存在如下缺陷：
[0004] 1)在包覆多巴胺之前需要將前驅(qū)體離心分離并用溶劑進(jìn)行洗滌，然后才能進(jìn)行多 巴胺的包覆，最后的產(chǎn)物仍舊需要溶劑洗滌，由于每一次的分離都需要較長(zhǎng)時(shí)間并且洗滌 需要很多溶劑，以致造成大量溶劑的消耗和時(shí)間的浪費(fèi)，不利于規(guī)?；a(chǎn)；
[0005] 2)碳化焙燒處理需要分級(jí)進(jìn)行:先以Ι?/分鐘的升溫速率升溫到400°C，保溫焙燒 2小時(shí)，然后再以5°C/分鐘的升溫速率升溫到800°C，保溫焙燒3小時(shí)，不僅使得制備周期長(zhǎng)， 制備條件苛刻，而且800°C的焙燒溫度，對(duì)所包覆的內(nèi)核物質(zhì)具有選擇性，以致阻礙了應(yīng)用 范圍；
[0006] 3)目前的刻蝕操作都是在HF水溶液中反應(yīng)24小時(shí)，由于HF是一種強(qiáng)腐蝕性劇毒物 質(zhì)，易揮發(fā)，對(duì)人體和環(huán)境危害大，因此也不利于規(guī)?；a(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣、 可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的以多巴胺為碳源制備核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料的方法。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0009] -種以多巴胺為碳源制備核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：
[0010] a)首先將作為內(nèi)核的納米材料分散在醇水溶液中，通過(guò)SUiber法在作為內(nèi)核的納 米材料的表面包覆二氧化硅，然后向反應(yīng)體系中直接加入多巴胺，通過(guò)原位聚合使多巴胺 包覆在二氧化娃表面，制得復(fù)合納米材料，簡(jiǎn)記為:作為內(nèi)核的納米材料@Si〇2@Pdop;
[0011] b)將制得的復(fù)合納米材料:作為內(nèi)核的納米材料@Si〇2@Pdop，在氮?dú)夥障逻M(jìn)行焙 燒處理：以8~12°C/分鐘的升溫速率升溫至450~550°C，然后保溫4~6小時(shí)，得到碳化的復(fù) 合納米材料，簡(jiǎn)記為:作為內(nèi)核的納米材料@Si〇2@Carbon;
[0012I C)將制得的碳化的復(fù)合納米材料:作為內(nèi)核的納米材料OS i 02@Carbon分散在氨水 溶液中，在130~150°C進(jìn)行保溫刻蝕10~16小時(shí)，得到所述的核殼結(jié)構(gòu)納米材料，簡(jiǎn)記為： 作為內(nèi)核的納米材料@ vo i dOCarbon ο
[0013] 所述的作為內(nèi)核的納米材料可以為納米顆粒、納米線或納米管等，包括但不限于： 金納米顆粒、銀納米線、磁性碳納米管、α_三氧化二鐵納米顆粒、四氧化三鐵納米顆粒等。
[0014] 作為優(yōu)選方案，作為內(nèi)核的納米材料與二氧化硅的質(zhì)量比為2:1~1: 25,以1:1~ 1:5為最佳。
[0015] 作為優(yōu)選方案，作為內(nèi)核的納米材料與多巴胺的質(zhì)量比為1: 5~5:1，以1:4~3:1 為最佳。
[0016] 作為優(yōu)選方案，所述醇水溶液是由醇溶劑與水按體積比為1:1~20:1(以2:1~15: 1為最佳)形成。
[0017]作為優(yōu)選方案，刻蝕所用氨水溶液的濃度為5~15wt%。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著性有益效果：
[0019] 1、本發(fā)明在包覆多巴胺之前無(wú)需對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行離心分離和洗滌，明顯縮短了制備 周期，節(jié)約了能耗，提高了產(chǎn)率；
[0020] 2、本發(fā)明的碳化焙燒處理無(wú)需復(fù)雜的分級(jí)處理，只需以8~12°C/分鐘的升溫速率 升溫至450~550°C，然后保溫4~6小時(shí)即可，不僅操作簡(jiǎn)單，而且避免了對(duì)所包覆的內(nèi)核物 質(zhì)的損傷，適用范圍廣；
[0021] 3、本發(fā)明采用在氨水溶液中進(jìn)行刻蝕，不僅能穩(wěn)定得到良好核殼結(jié)構(gòu)的形貌，而 且有利于規(guī)?；a(chǎn)；
[0022] 4、尤其是，實(shí)驗(yàn)表明：由本發(fā)明方法制備的核殼結(jié)構(gòu)納米材料，具有形貌結(jié)構(gòu)較 好，比表面積大，催化性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)有機(jī)染料具有良好的吸附和催化作用，在環(huán)境等 領(lǐng)域有著較好的使用價(jià)值和應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為實(shí)施例1中金納米顆粒、Au@Si02@Pdop、Au@void@Carbon的掃描電鏡圖，其 中：a，b為不同倍鏡下的金納米顆粒;c，d為不同倍鏡下的Au@Si〇2@Pdop;e，f為不同倍鏡下 的AuOvoidOCarbon;
[0024] 圖2為實(shí)施例1制備的Au@Si〇2@Pdop、Au@void@Carbon的透射電鏡圖，其中：A，B為 不同倍鏡下的Au@Si〇2@Pdop ;C，D為不同倍鏡下的AuOvoidOCarbon;
[0025] 圖3為實(shí)施例2中Q-Fe2O3納米顆粒、Ct-Fe2O3OvoidOCarbon的掃描電鏡圖，其中：a，b 為不同倍鏡下的(:1_?62〇3納米顆粒;(3，(1為不同倍鏡下的€[-?6203@￥01(1@031'13011;
[0026] 圖4為實(shí)施例2中Q-Fe2O3納米顆粒、Ct-Fe2O3OvoidOCarbon的透射電鏡圖，其中：a，b 為不同倍鏡下的(:1_?62〇3納米顆粒;(3，(1為不同倍鏡下的€[-?6203@￥01(1@031'13011;
[0027] 圖5為實(shí)施例3中Fe3〇4納米顆粒、Fe3〇4@void@Carbon的掃描電鏡圖，其中：a，b為不 同倍鏡下的？63〇4納米顆粒;(3，(1為不同倍鏡下的？63〇4@￥〇1(1@〇31'13011;
[0028] 圖6為實(shí)施例3中Fe3〇4納米顆粒、Fe3〇4@void@Carbon的透射電鏡圖，其中：a，b為不 同倍鏡下的？63〇4納米顆粒;(3，(1為不同倍鏡下的？63〇4@￥〇1(1@〇31'13011;
[0029] 圖7為實(shí)施例4中CNTs/Fe3〇4、CNTs/Fe3〇4@void@Carbon的掃描電鏡圖，其中：a，b為 不同倍鏡下的〇犯'8/^3〇4;(3，(1為不同倍鏡下的0犯'8/^3〇4@￥0丨(1紙^13011 ;
[0030] 圖8為實(shí)施例4中CNTs/Fe3〇4、CNTs/Fe3〇4@void@Carbon的透射電鏡圖，其中：a，b為 不同倍鏡下的〇犯'8/^3〇4;(3，(1為不同倍鏡下的0犯'8/^3〇4@￥0丨(1紙^13011;
[0031] 圖9為實(shí)施例5中AgNWs、AgNWs@void@Carbon的掃描電鏡圖，其中：a，b為不同倍鏡 下的AgNWs; c，d為不同倍鏡下的AgNWsOvoidOCarbon;
[0032] 圖10為實(shí)施例5中AgNWs、AgNWs@void@Carbon的透射電鏡圖，其中：a，b為不同倍鏡 下的AgNWs; c，d為不同倍鏡下的AgNWsOvoidOCarbon;
[0033] 圖11體現(xiàn)了本發(fā)明應(yīng)用例中AuOvoidOCarbon對(duì)亞甲基藍(lán)的催化效果。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合實(shí)施例和應(yīng)用例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)、完整地說(shuō)明。
[0035] 實(shí)施例中所用到的作為內(nèi)核的納米材料可以直接市購(gòu)，也可以按現(xiàn)有方法現(xiàn)制現(xiàn) 用。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] a)在30mL去離子水中加入4.5mL濃度為5mg/mL的氯金酸水溶液，攪拌使之混合均 勻后，對(duì)混合物進(jìn)行加熱至沸騰，然后快速加入ImL濃度為3.3wt %的檸檬酸三鈉水溶液，回 流反應(yīng)30min;結(jié)束反應(yīng)，自然冷卻至室溫，再加入IOmg聚乙烯吡咯烷酮，室溫下攪拌24小 時(shí);離心分離，收集的固體即為金納米顆粒；
[0038] b)將得到的金納米顆粒分散在4mL的去離子水中，加入40mL無(wú)水乙醇，混合均勻 后，加入ImL濃度為32wt %的氨水，然后緩慢滴加0.2mL TEOS(正硅酸乙酯），在室溫下攪拌 12小時(shí);再直接加入200mg多巴胺，在室溫下繼續(xù)攪拌24小時(shí);離心分離，對(duì)收集的固體依次 用水和乙醇分別洗滌三次，然后干燥，得到聚多巴胺包覆二氧化硅及金納米顆粒的復(fù)合納 米材料，簡(jiǎn)記為:Au@Si0 2@Pdop;將制得的Au@Si02@Pdop置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以10 °C/min的升溫速率升溫至500°C并在此溫度下保溫焙燒5小時(shí)，得到Au@Si0 2@Carbon;將制 得的Au@Si02@Carb〇n分散在由30mL水與IOmL濃度為32wt%的氨水形成的混合溶液中，并超 聲使分散均勻，然后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在140°C下保溫刻蝕12h，刻蝕結(jié)束后離心分離，對(duì)收 集的固體依次用水和乙醇分別洗滌三次，最后干燥，即得所述的核殼結(jié)構(gòu)納米材料，簡(jiǎn)記 為:AuOvo i dOCarbon 〇
[0039] 圖1為本實(shí)施例中金納米顆粒、Au@Si02@Pdop、Au@void@Carbon的掃描電鏡圖，其 中：a，b為不同倍鏡下的金納米顆粒;c，d為不同倍鏡下的Au@Si〇2@Pdop;e，f為不同倍鏡下 的AuOvoidOCarbon;圖2為本實(shí)施例制備的Au@Si〇2@Pdop、AuOvoidOCarbon的透射電鏡圖， 其中：A，B為不同倍鏡下的Au@Si0 2@Pdop; C，D為不同倍鏡下的AuOvo idOCarbon;結(jié)合圖1和 圖2可見(jiàn):采用本發(fā)明方法可制得粒徑分布均勾的Au@ vo i dOCarbon核殼結(jié)構(gòu)納米材料。 [0040] 實(shí)施例2
[0041 ] a)取680mg FeCl3.6H2O和IOmg NaifePCU溶于80mL的去離子水中，超聲使混合均勾 后轉(zhuǎn)移至IOOmL的反應(yīng)釜中，然后在180°C下保溫反應(yīng)6小時(shí)，離心分離，收集的固體即為α-Fe2〇3納米顆粒；
[0042] b)取制得的a-Fe2〇3納米顆粒50mg溶于由40mL無(wú)水乙醇與4mL水和ImL濃度為 32wt%的氨水形成的混合液中，混合均勻后緩慢滴加0.2mL TE0S，在室溫下攪拌12小時(shí);再 直接加入200mg多巴胺，在室溫下繼續(xù)攪拌24小時(shí)；離心分離，對(duì)收集的固體依次用水和乙 醇分別洗滌三次，然后干燥，得到聚多巴胺包覆二氧化硅及Q-Fe 2O3納米顆粒的復(fù)合納米材 料，簡(jiǎn)記為:Q-Fe2O3OSiO2OPdop;將制得的Ct-Fe 2O3OSiO2OPdop置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 以10°C/min的升溫速率升溫至500°C并在此溫度下保溫焙燒5小時(shí)，得到Ct-Fe2O3OSiO 2O Carbon;將制得的Q-Fe2O3OSiO2OCarbon分散在由30mL水與IOmL濃度為32wt %的氨水形成的 混合溶液中，并超聲使分散均勻，然后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在140°C下保溫刻蝕12h，刻蝕結(jié)束 后離心分離，對(duì)收集的固體依次用水和乙醇分別洗滌三次，最后干燥，即得所述的核殼結(jié)構(gòu) 納米材料，簡(jiǎn)記為:a -Fe2〇3@vo i d@Car bon。
[0043] 圖3為本實(shí)施例中Q-Fe2O3納米顆粒、Ct-