微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法。所述方法在室温条件下，盐酸多巴胺在有机体系中首先吸附在微/纳米Si颗粒上，然后通过氧化自聚在Si表面均匀包覆一层PDA薄膜，膜表面存在大量的氨基、酚羟基等官能团，利于二次组装修饰。本发明专利技术采用纯有机溶剂体系，反应条件温和，抑制了高活性微/纳米Si粉包覆过程中的氧化失活，无需冰浴等低温环境；既能达到微/纳米Si粉表面功能化修饰、提供二次修饰理想平台，又不会对组装后的硅基含能材料组分间的传质过程造成影响。

Preparation of micro / nano core-shell structure Si @ PDA

【技术实现步骤摘要】
微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法
本专利技术属于微/纳米含能材料制备
，涉及一种微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法。
技术介绍
相较于铝基含能材料，硅基含能材料具有以下几个优点：(1)硅理论燃烧热值高(7.750kcal·g-1，Al为7.422kcal·g-1)，热化学性能良好；(2)表面氧化层更薄(约1nm，Al表面氧化层为2-6nm)，利于高活性保持；(3)硅基含能材料防静电能力良好；(4)硅表面易于功能化改性。因此，硅基含能材料具有重要的应用前景。通过对材料进行表面修饰，使材料表面多功能化成为了目前的一大研究热点。自从Lee等人(LeeH,DellatoreSM,MillerWM,MessersmithPB.Science,2007,318:426)报道了制备聚多巴胺(PDA)涂层材料的方法，多巴胺(DA)基纳米材料的制备、功能化及应用引起了广泛的关注。多巴胺通过氧化自聚作用会在材料表面形成一层黏附力极强的聚多巴胺薄膜，经过多巴胺改性后的基体表面将存在大量的氨基(-NH2)、亚氨基(-NH-)、儿茶酚等功能基团，这些基团在一定环境条件下能够发生迈克尔加成反应、席夫碱反应，从而增加基体材料的络合能力、还原能力并提供更多的吸附位点。此外，儿茶酚结构可在温和条件下通过螯合作用将金属离子锚定于材料表面，利于二次修饰改性。因此，包覆PDA薄膜可为材料表面的二次修饰及多功能化提供理想平台。Ou等人(OuJF,WangJQ,ZhangD,ZhangPL,LiuS,YanPH,LiuB,YangSR.Collioids.Surf.B,2010,76:123)先在硅片表面包覆一层3-氨基丙基三乙氧基硅烷包覆，然后包覆多巴胺涂层(PDAc)作为中间层，最后二次修饰制备了一种新型的三层有机薄膜，该方法包覆PDA是采用水作为溶剂。研究表明(FOzanam.JNChazalviel.J.Electroanal.Chem.1989，251-266；钟根香,尹传强,魏秀琴,周浪.电子元件与材料,2018,27:10)，水是引起硅粉氧化的一个重要因素，因此上述方法由于使用水作为溶剂，导致其中的硅片易与水反应，发生氧化，进而影响材料的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法。该方法在有机体系下，在微/纳米硅粉表面均匀包覆一层PDA薄膜，微/纳米硅粉表面包覆PDA即为微/纳米核壳结构Si@PDA。实现本专利技术目的的技术解决方案为：微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法，具体步骤如下：三(羟甲基)氨基甲烷或巴比妥钠溶解于有机溶剂中，盐酸调节pH，再加入盐酸多巴胺(DA)，搅拌至完全溶解，最后加入微/纳米Si粉，超声分散均匀，搅拌进行氧化自聚合反应，抽滤，甲醇清洗，干燥得到微/纳米核壳结构Si@PDA。优选地，所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺(DMF)和乙腈的一种或两种。优选地，所述的pH为6.8～9.6。优选地，所述的DA的浓度为1～3mg/mL。优选地，所述的微/纳米Si粉的浓度为1～2mg/mL。优选地，所述的氧化自聚合反应的时间为1～10h。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)反应条件温和，PDA包覆层厚度可控；既能达到微/纳米Si粉表面功能化修饰、提供二次修饰理想平台，又不会对组装后的硅基含能材料组分间的传质过程造成影响；(2)与水及水溶液相比，硅微粉在有机溶剂中的氧化程度相对较小，对硅粉的氧化具有一定的防护作用，本专利技术采用纯有机溶剂体系，室温条件下搅拌反应，无需冰浴等低温环境，抑制了高活性微/纳米Si粉包覆过程中的氧化失活。附图说明图1为本专利技术制备方法的机理图。图2为实施例2中的纯相n-Si和n-Si@PDA的XRD谱图。图3为实施例2中的纯相n-Si和n-Si@PDA的FTIR谱图。图4为实施例2中的纯相n-Si和n-Si@PDA的TEM图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步的详细描述。实施例1核壳结构m-Si@PDA的制备，具体步骤如下：步骤1，量取甲醇、DMF(体积比1：1)各100mL置于500ml的烧杯中，称取0.24g的Tris搅拌至完全溶解，再滴加盐酸调节体系pH至7.5；步骤2，称取0.4g的盐酸多巴胺，常温搅拌使其完全溶解；步骤3，称取0.2g的微米Si粉(m-Si)，超声10min使其分散均匀，常温搅拌反应5h，抽滤，甲醇数次冲洗，烘干。实施例2核壳结构n-Si@PDA的制备，具体步骤如下：步骤1，量取甲醇、DMF(体积比1：1)各100mL置于500ml的烧杯中，称取0.24g的Tris搅拌至完全溶解，再通过滴加盐酸调节体系pH至8.5；步骤2，称取0.4g的盐酸多巴胺，常温搅拌使其完全溶解；步骤3，称取0.2g的纳米Si粉(n-Si)，超声10min使其分散均匀，常温搅拌反应5h，抽滤，甲醇数次冲洗，烘干。实施例31.XRD表征以n-Si@PDA样品为例，图2为对应样品的XRD谱图。对比Si的标准卡片JCPDS27-1402可知，PDA包覆前后，纯相纳米Si粉的晶型未发生变化。2.FTIR表征以n-Si@PDA样品为例，图3为对应样品的FTIR谱图。对比纯相Si粉，PDA包覆后Si粉的FTIR图谱上有-NH2、-NH-和苯环的特征峰，说明PDA成功包覆在Si粉表面。3.TEM表征以n-Si@PDA样品为例，图4为对应样品的TEM谱图。对比纯相Si粉，包覆后的Si粉表面有一层3-5nm的PDA层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：/n三(羟甲基)氨基甲烷或巴比妥钠溶解于有机溶剂中，盐酸调节pH，再加入盐酸多巴胺，搅拌至完全溶解，最后加入微/纳米Si粉，超声分散均匀，搅拌进行氧化自聚合反应，抽滤，甲醇清洗，干燥得到微/纳米核壳结构Si@PDA。/n

【技术特征摘要】
1.微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
三(羟甲基)氨基甲烷或巴比妥钠溶解于有机溶剂中，盐酸调节pH，再加入盐酸多巴胺，搅拌至完全溶解，最后加入微/纳米Si粉，超声分散均匀，搅拌进行氧化自聚合反应，抽滤，甲醇清洗，干燥得到微/纳米核壳结构Si@PDA。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺和乙腈的一种或两种。

【专利技术属性】
技术研发人员：张文超，吴刚刚，陈亚杰，郑子龙，秦志春，宋长坤，陈浩，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32