一种以多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种以多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的方法，所述方法是首先通过法在作为内核的纳米材料的表面包覆二氧化硅，然后通过原位聚合使多巴胺包覆在二氧化硅表面，制得复合纳米材料：作为内核的纳米材料SiO2Pdop；再在氮气氛下进行焙烧处理，最后在氨水溶液中进行刻蚀。本发明专利技术所述方法具有操作简单、制备周期短、试剂消耗少、适合规模化生产等优点，并且制备的核壳结构纳米材料具有形貌结构好且可调控优点，尤其对有机染料具有显著的吸附和催化作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核壳结构纳米复合材料的制备，具体说，是涉及一种以多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的方法，属于纳米材料制备

技术介绍
随着纳米技术的发展，核壳结构纳米复合材料现已成为复合材料、纳米材料等领域研究的热点。核壳结构的纳米复合材料(CSNC)一般由中心的核以及包覆在外部的壳组成，CSNC中的内核与外壳之间通过物理、化学作用相互连接。由于其具有许多独特的物理和化学特性，使得其在超疏水表面涂层、材料学、化学、磁学、电学、光学、生物医学、催化等领域都具有很大潜在的应用价值。研究表明：多巴胺与二氧化硅之间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级电容器方面有着很大的应用前景，因此，目前已有采用多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的报道，但目前的制备方法均存在如下缺陷：1)在包覆多巴胺之前需要将前驱体离心分离并用溶剂进行洗涤，然后才能进行多巴胺的包覆，最后的产物仍旧需要溶剂洗涤，由于每一次的分离都需要较长时间并且洗涤需要很多溶剂，以致造成大量溶剂的消耗和时间的浪费，不利于规模化生产；2)碳化焙烧处理需要分级进行：先以1℃/分钟的升温速率升温到400℃，保温焙烧2小时，然后再以5℃/分钟的升温速率升温到800℃，保温焙烧3小时，不仅使得制备周期长，制备条件苛刻，而且800℃的焙烧温度，对所包覆的内核物质具有选择性，以致阻碍了应用范围；3)目前的刻蚀操作都是在HF水溶液中反应24小时，由于HF是一种强腐蚀性剧毒物质，易挥发，对人体和环境危害大，因此也不利于规模化生产。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种操作简单、适用范围广、可实现规模化的以多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种以多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的方法，包括如下步骤：a)首先将作为内核的纳米材料分散在醇水溶液中，通过法在作为内核的纳米材料的表面包覆二氧化硅，然后向反应体系中直接加入多巴胺，通过原位聚合使多巴胺包覆在二氧化硅表面，制得复合纳米材料，简记为：作为内核的纳米材料SiO2Pdop；b)将制得的复合纳米材料：作为内核的纳米材料SiO2Pdop，在氮气氛下进行焙烧处理：以8～12℃/分钟的升温速率升温至450～550℃，然后保温4～6小时，得到碳化的复合纳米材料，简记为：作为内核的纳米材料SiO2Carbon；c)将制得的碳化的复合纳米材料：作为内核的纳米材料SiO2Carbon分散在氨水溶液中，在130～150℃进行保温刻蚀10～16小时，得到所述的核壳结构纳米材料，简记为：作为内核的纳米材料voidCarbon。所述的作为内核的纳米材料可以为纳米颗粒、纳米线或纳米管等，包括但不限于：金纳米颗粒、银纳米线、磁性碳纳米管、α-三氧化二铁纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒等。作为优选方案，作为内核的纳米材料与二氧化硅的质量比为2:1～1:25，以1:1～1:5为最佳。作为优选方案，作为内核的纳米材料与多巴胺的质量比为1:5～5:1，以1:4～3:1为最佳。作为优选方案，所述醇水溶液是由醇溶剂与水按体积比为1:1～20:1(以2:1～15:1为最佳)形成。作为优选方案，刻蚀所用氨水溶液的浓度为5～15wt％。与现有技术相比，本专利技术具有如下显著性有益效果：1、本专利技术在包覆多巴胺之前无需对前驱体进行离心分离和洗涤，明显缩短了制备周期，节约了能耗，提高了产率；2、本专利技术的碳化焙烧处理无需复杂的分级处理，只需以8～12℃/分钟的升温速率升温至450～550℃，然后保温4～6小时即可，不仅操作简单，而且避免了对所包覆的内核物质的损伤，适用范围广；3、本专利技术采用在氨水溶液中进行刻蚀，不仅能稳定得到良好核壳结构的形貌，而且有利于规模化生产；4、尤其是，实验表明：由本专利技术方法制备的核壳结构纳米材料，具有形貌结构较好，比表面积大，催化性能优良等优点，对有机染料具有良好的吸附和催化作用，在环境等领域有着较好的使用价值和应用前景。附图说明图1为实施例1中金纳米颗粒、AuSiO2Pdop、AuvoidCarbon的扫描电镜图，其中：a，b为不同倍镜下的金纳米颗粒；c，d为不同倍镜下的AuSiO2Pdop；e，f为不同倍镜下的AuvoidCarbon；图2为实施例1制备的AuSiO2Pdop、AuvoidCarbon的透射电镜图，其中：A，B为不同倍镜下的AuSiO2Pdop；C，D为不同倍镜下的AuvoidCarbon；图3为实施例2中α-Fe2O3纳米颗粒、α-Fe2O3voidCarbon的扫描电镜图，其中：a，b为不同倍镜下的α-Fe2O3纳米颗粒；c，d为不同倍镜下的α-Fe2O3voidCarbon；图4为实施例2中α-Fe2O3纳米颗粒、α-Fe2O3voidCarbon的透射电镜图，其中：a，b为不同倍镜下的α-Fe2O3纳米颗粒；c，d为不同倍镜下的α-Fe2O3voidCarbon；图5为实施例3中Fe3O4纳米颗粒、Fe3O4voidCarbon的扫描电镜图，其中：a，b为不同倍镜下的Fe3O4纳米颗粒；c，d为不同倍镜下的Fe3O4voidCarbon；图6为实施例3中Fe3O4纳米颗粒、Fe3O4voidCarbon的透射电镜图，其中：a，b为不同倍镜下的Fe3O4纳米颗粒；c，d为不同倍镜下的Fe3O4voidCarbon；图7为实施例4中CNTs/Fe3O4、CNTs/Fe3O4voidCarbon的扫描电镜图，其中：a，b为不同倍镜下的CNTs/Fe3O4；c，d为不同倍镜下的CNTs/Fe3O4voidCarbon；图8为实施例4中CNTs/Fe3O4、CNTs/Fe3O4voidCarbon的透射电镜图，其中：a，b为不同倍镜下的CNTs/Fe3O4；c，d为不同倍镜下的CNTs/Fe3O4voidCarbon；图9为实施例5中AgNWs、AgNWsvoidCarbon的扫描电镜图，其中：a，b为不同倍镜下的AgNWs；c，d为不同倍镜下的AgNWsvoidCarbon；图10为实施例5中AgNWs、AgNWsvoidCarbon的透射电镜图，其中：a，b为不同倍镜下的AgNWs；c，d为不同倍镜下的AgNWsvoidCarbon；图11体现了本专利技术应用例中AuvoidCarbon对亚甲基蓝的催化效果。具体实施方式下面结合实施例和应用例对本专利技术技术方案做进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：a)首先将作为内核的纳米材料分散在醇水溶液中，通过法在作为内核的纳米材料的表面包覆二氧化硅，然后向反应体系中直接加入多巴胺，通过原位聚合使多巴胺包覆在二氧化硅表面，制得复合纳米材料，简记为：作为内核的纳米材料SiO2Pdop；b)将制得的复合纳米材料：作为内核的纳米材料@SiO2@Pdop，在氮气氛下进行焙烧处理：以8～12℃/分钟的升温速率升温至450～550℃，然后保温4～6小时，得到碳化的复合纳米材料，简记为：作为内核的纳米材料@SiO2@Carbon；c)将制得的碳化的复合纳米材料：作为内核的纳米材料@SiO2@Carbon分散在氨水溶液中，在130～150℃进行保温刻蚀10～16小时，得到所述的核壳结构纳米材料，简记为：作为内核的纳米材料@void@Carbon。

【技术特征摘要】
1.一种以多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的方法，其特征在于，包括如下步
骤：
a)首先将作为内核的纳米材料分散在醇水溶液中，通过法在作为内核的纳米材
料的表面包覆二氧化硅，然后向反应体系中直接加入多巴胺，通过原位聚合使多巴胺包覆
在二氧化硅表面，制得复合纳米材料，简记为：作为内核的纳米材料SiO2Pdop；
b)将制得的复合纳米材料：作为内核的纳米材料SiO2Pdop，在氮气氛下进行焙烧
处理：以8～12℃/分钟的升温速率升温至450～550℃，然后保温4～6小时，得到碳化的复
合纳米材料，简记为：作为内核的纳米材料SiO2Carbon；
c)将制得的碳化的复合纳米材料：作为内核的纳米材料SiO2Carbon分散在氨水溶
液中，在130～150℃进行保温刻蚀10～16小时，得到所述的核壳结构纳米材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦伟，张敏，徐菁利，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31