一种Yolk/shell胶囊及其制备方法和用途技术

本发明专利技术首先通过多巴胺自聚在碳纳米管(CNTs)表面包覆一层均匀的聚多巴胺(PDA)，然后在乙醇和氨水的混合溶液中以硅烷偶联剂为导向剂，硅酸酯为原料，利用溶胶凝胶法在PDA表面再包覆一层均匀的二氧化硅(SiO2)层，形成CNTs@PDA@SiO2同轴结构；然后利用PDA层的配位作用将金属纳米粒子前驱体渗透进入CNTs@PDA@SiO2的PDA层，经还原，高温煅烧除去CNTs和PDA层，得到金属纳米粒子@SiO2York‑shell胶囊。通过本发明专利技术提供的方法制备的York‑shell胶囊，能同时调控胶囊的空腔大小，管壁厚度和纳米粒子的种类。

【技术实现步骤摘要】
一种Yolk/shell胶囊及其制备方法和用途
本专利技术涉及一种Yolk/shell结构的复合材料胶囊，具体涉及一种超长的Yolk/shell胶囊及其制备方法和用途，属于纳米复合材料与

技术介绍
Core/shell结构是具有简单的球形核和壳结构，然后在多个方向上逐渐多样化，在Core/shell纳米颗粒的亚区域中，yolk/shell(YS)纳米粒子结构由于低密度，大表面积，内部核容易功能化，中空结构及可调节的间隙空间和中空外壳等特点，在包括生物医学，催化，传感，锂电池，吸附剂，微波吸收器等各种领域中具有广泛的应用前景。基于上述优点，我们采用模板法制备一种超长的yolk/shell胶囊，且Yolk/shell胶囊的管腔大小可调，管壁厚度可调，封装的纳米粒子种类可调。此超长Yolk-shell胶囊没有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Yolk/shell胶囊，采用CNTs为模板，通过多巴胺自聚在CNTs表面包覆一层均匀的PDA，利用溶胶凝胶法在PDA表面再包覆一层均匀的SiO2层，形成CNTs@PDA@SiO2同轴结构。然后利用PDA对与金属纳米粒子的配位作用，将金属纳米粒子前驱体吸附在CNTs@PDA@SiO2的PDA层，将吸附的离子还原成相应的纳米粒子，后经过高温煅烧除去CNTs和PDA模板，得到York-shell胶囊。根据本专利技术提供的第一种实施方案，提供一种Yolk/shell胶囊。一种Yolk/shell胶囊，该Yolk/shell胶囊以SiO2为壳、中空管状SiO2内封装有纳米粒子的“胶囊”结构。在本专利技术中，该Yolk/shell胶囊通过以下方法制备：采用多巴胺在CNTs表面自聚，形成包覆CNTs的PDA层；然后在溶剂中采用硅酸酯为原料，硅烷偶联剂为引导剂，硅酸酯在PDA层表面水解形成SiO2层，包覆在PDA表面，从而形成CNTs@PDA@SiO2同轴结构；然后利用PDA的配位作用将金属纳米粒子前驱体吸附到CNTs@PDA@SiO2的PDA层。PDA层吸附的金属纳米粒子前驱体经PDA还原(或者经过外加还原剂还原)成相应的金属纳米粒子；进一步煅烧除去CNTs和PDA层模板，得到York-shell胶囊。作为优选，金属纳米粒子为磁性纳米粒子或贵金属纳米粒子。作为优选，金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子、铂纳米粒子、钯纳米粒子中的一种或多种。作为优选，所述硅酸酯为正硅酸乙酯和/或正硅酸丙酯。作为优选，所述硅烷偶联剂为巯基/氨基硅烷偶联剂，优选为3-巯基丙基甲氧基硅烷。根据本专利技术提供的第二种实施方案，提供一种Yolk/shell胶囊的制备方法。一种Yolk/shell胶囊的制备方法或制备第一种实施方案中所述Yolk/shell胶囊的方法，该方法包括以下步骤：(1)CNTs的预处理：将CNTs加入表面活性剂中，超声处理，得到分散液；取分散液进行离心；取离心获得的上清液进行抽滤，收集过滤得到的固体，干燥，得到黑色块状固体为预处理后的CNTs；(2)CNTs@PDA的制备：在步骤(1)得到的预处理后的CNTs中加入多巴胺溶液，搅拌，抽滤，收集过滤得到的固体，干燥，得到黑色块状固体为“CNTs@PDA”(即为“碳纳米管@聚多巴胺”)；(3)CNTs@PDA@SiO2的制备：在步骤(2)得到的CNTs@PDA中加入硅烷偶联剂和硅酸酯，搅拌反应，抽滤，收集过滤得到的固体，真空干燥，得到“CNTs@PDA@SiO2”(即为“碳纳米管@聚多巴胺@二氧化硅”)；(4)金属离子的吸附：在步骤(3)得到的CNTs@PDA@SiO2中加入金属离子盐溶液，搅拌处理，利用PDA层对离子的配位作用将离子吸附到PDA层，并经化学还原将离子还原成金属纳米粒子；得到包含有金属纳米粒子的CNTs@PDA@SiO2复合材料；(5)Yolk/shell胶囊的制备：将步骤(4)得到的包含有金属纳米粒子的CNTs@PDA@SiO2复合材料经过煅烧处理，去除CNTs@PDA骨架，得到Yolk/shell胶囊。作为优选，步骤(1)具体为：将CNTs(优选为多壁CNTs)分散于水中，得到CNTs的水分散液；在CNTs的水分散液中加入表面活性剂(优选为十六烷基三甲基溴化氨(CTAB))，超声处理(优选为处理0.5-4h，更优选为1-3h)，取超声处理后的分散液进行离心(离心速率为5000-20000rpm，优选为8000-15000rpm；离心时间为1-30min，优选为3-20min)；取离心获得的上清液进行抽滤(优选采用孔径100-450nm的水膜进行抽滤，更优选采用孔径150-200nm的水膜进行抽滤)，收集过滤得到的固体，干燥(优选采用冷冻干燥)，得到黑色块状固体为处理后的CNTs。作为优选，CNTs的水分散液中CNTs的浓度为0.1-5mg/mL，优选为0.3-3mg/mL。作为优选，表面活性剂在CNTs的水分散液中的浓度为0.1-2mg/mL，优选为0.2-1mg/mL。作为优选，步骤(2)具体为：将步骤(1)得到的CNTs分散于碱性溶液中(碱性溶液优选采用Tris-HCl溶液，更优选为采用0.001-0.1M、pH为8-10的Tris-HCl溶液)，得到CNTs分散的溶液，在CNTs分散的溶液中加入多巴胺溶液(优选采用盐酸多巴胺)，搅拌(优选采用室温搅拌，搅拌时间为6-48h，优选为12-36h)，抽滤(优选采用有机膜抽滤，更优选采用孔径为100-500nm的有机膜抽滤)，洗涤(优选采用乙醇洗涤)，抽滤(优选采用有机膜抽滤，更优选采用孔径为100-500nm的有机膜抽滤)，收集过滤得到的固体，干燥，得到黑色块状固体为“CNTs@PDA”。作为优选，CNTs分散的溶液中CNTs的浓度为0.1-5mg/mL，优选为0.3-3mg/mL。作为优选，多巴胺溶液在CNTs分散的有机溶液中的浓度为0.1-5mg/mL，优选为0.5-3mg/mL。作为优选，步骤(3)具体为：将步骤(2)得到的CNTs@PDA分散于水/无水乙醇混合溶液中(优选水和无水乙醇的体积比为1:1-5，优选为1:2-3)，得到CNTs@PDA分散溶液，调节分散溶液的pH值(优选将pH调到9-10)，然后往CNTs@PDA分散溶液中依次加入硅烷偶联剂(优选为巯基/氨基硅烷偶联剂，更优选为3-巯基丙基甲氧基硅烷)和硅酸酯(优选为正硅酸乙酯和/或正硅酸丙酯)，搅拌反应，之后每隔6-24h往反应中补加一次硅酸酯(优选为正硅酸乙酯和/或正硅酸丙酯)；搅拌反应48-96h(优选为60-84h)；抽滤，收集过滤得到的固体，真空干燥，得到“CNTs@PDA@SiO2”。作为优选，CNTs@PDA分散溶液中CNTs@PDA的浓度为0.1-5mg/mL，优选为0.3-3mg/mL。作为优选，硅烷偶联剂在CNTs@PDA分散溶液中的体积浓度为0.01-0.5％，优选为0.03-0.2％。作为优选，硅酸酯在CNTs@PDA分散溶液中的体积浓度为0.01-1％，优选为0.03-0.5％。作为优选，每次补加硅酸酯的量为体积浓度的0.01-1％。作为优选，步骤(4)具体为：将步骤(3)得到的CNTs@PDA@SiO2分散在水中，得到CNTs@PDA@SiO2分散液，往CNTs本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Yolk/shell胶囊，该Yolk/shell胶囊以SiO2为壳、中空管状SiO2内封装有纳米粒子的“胶囊”结构。

【技术特征摘要】
1.一种Yolk/shell胶囊，该Yolk/shell胶囊以SiO2为壳、中空管状SiO2内封装有纳米粒子的“胶囊”结构。2.根据权利要求1所述的Yolk/shell胶囊，其特征在于：该Yolk/shell胶囊通过以下方法制备：采用多巴胺在CNTs表面自聚，形成包覆CNTs的PDA层；然后在溶剂中采用硅酸酯为原料，硅烷偶联剂为引导剂，硅酸酯在PDA层表面水解形成SiO2层，包覆在PDA表面，从而形成CNTs@PDA@SiO2同轴结构；然后利用PDA的配位作用将金属纳米粒子前驱体吸附到CNTs@PDA@SiO2的PDA层，还原吸附的金属纳米粒子前驱体成金属纳米粒子，然后煅烧除去CNTs和PDA层模板，得到金属纳米粒子@SiO2的York-shell胶囊。3.根据权利要求1或2所述的Yolk/shell胶囊，其特征在于：所述金属纳米粒子为磁性纳米粒子和/或贵金属纳米粒子，作为优选，金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子、铂纳米粒子、钯纳米粒子中的一种或多种；和/或所述硅酸酯为正硅酸乙酯和/或正硅酸丙酯；和/或所述硅烷偶联剂为巯基/氨基硅烷偶联剂，优选为3-巯基丙基甲氧基硅烷。4.一种Yolk/shell胶囊的制备方法或制备权利要求1-3中任一项所述Yolk/shell胶囊的方法，该方法包括以下步骤：(1)CNTs的预处理：将CNTs加入表面活性剂中，超声处理，得到分散液；取分散液进行离心；取离心获得的上清液进行抽滤，收集过滤得到的固体，干燥，得到黑色块状固体为预处理后的CNTs；(2)CNTs@PDA的制备：在步骤(1)得到的预处理后的CNTs分散液中加入多巴胺，搅拌，抽滤，收集过滤得到的固体，干燥，得到黑色块状固体为“CNTs@PDA”；(3)CNTs@PDA@SiO2的制备：在步骤(2)得到的CNTs@PDA中加入硅烷偶联剂和硅酸酯，搅拌反应，抽滤，收集过滤得到的固体，真空干燥，得到“CNTs@PDA@SiO2”；(4)金属离子的吸附：在步骤(3)得到的CNTs@PDA@SiO2中加入金属离子盐溶液，搅拌处理，利用PDA层对金属离子的配位作用将金属离子吸附到PDA层，并经化学还原把金属离子还原成金属纳米粒子；得到包含有金属纳米粒子的CNTs@PDA@SiO2复合材料；(5)Yolk/shell胶囊的制备：将步骤(4)得到的包含有金属纳米粒子的CNTs@PDA@SiO2复合材料经过煅烧处理，去除CNTs@PDA骨架，得到Yolk/shell胶囊。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(1)具体为：将CNTs(优选为多壁CNTs)分散于水中，得到CNTs的水分散液；在CNTs的水分散液中加入表面活性剂(优选为十六烷基三甲基溴化氨(CTAB))，超声处理(优选为处理0.5-4h，更优选为1-3h)，取超声处理后的分散液进行离心(离心速率为5000-20000rpm，优选为8000-15000rpm；离心时间为1-30min，优选为3-20min)；取离心获得的上清液进行抽滤(优选采用孔径100-450nm的水膜进行抽滤，更优选采用孔径150-200nm的水膜进行抽滤)，收集过滤得到的固体，干燥(优选采用冷冻干燥)，得到黑色块状固体为处理后的CNTs；作为优选，CNTs的水分散液中CNTs的浓度为0.1-5mg/mL，优选为0.3-3mg/mL；表面活性剂在CNTs的水分散液中的浓度为0.1-2mg/mL，优选为0.2-1mg/mL。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：步骤(2)具体为：将步骤(1)得到的CNTs分散于碱性溶液中(碱性溶液优选采用Tris-HC...

【专利技术属性】
技术研发人员：高勇，黄伟伟，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43