一种复合纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合纳米材料及其制备方法和应用。这种复合纳米材料为纳米贵金属包覆的空心立方硫化铜纳米花。该复合纳米材料的制备方法包括如下步骤：1)将聚乙烯吡咯烷酮溶液与Cu(Ⅱ)盐溶液混合，加入碱，再加入还原剂混合反应，得到氧化亚铜溶液；2)将氧化亚铜溶液加热，加入硫化盐进行反应，得到空心立方硫化铜溶液；3)将空心立方硫化铜溶液离心处理，加热，加入贵金属源溶液进行反应。本发明专利技术制得一种形貌可控、粒径均一、生物安全性高的复合纳米材料，可以应用在生物医学领域或有机染料污水处理。

【技术实现步骤摘要】
一种复合纳米材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料
，特别涉及一种复合纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
纳米材料是由纳米量级(1-100nm)的纳米粒子组成，具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应。因此，纳米材料表现出一些特殊性能，如高比热容、低熔点、磁性、弹性模量等。然而，单一成分的纳米材料有时并不能满足实际的需要，因此，将两种或两种以上材料进行复合，利用它们间的相互协同作用，性能会大幅度提升，并且会赋予新性能。硫化铜半导体纳米材料性能突出，在众多领域具有广泛应用，例如：光催化、抗肿瘤治疗、生物成像、药物释放、生化传感以及能源存储等。尤其，硫化铜和贵金属的纳米复合材料因这两种成分均具有可调的局域表面等离激元效应，近年来引起了研究者们的广泛关注。但是，这两种成分之间存在较大的晶格失配问题，因此，该类型的纳米复合材料在合成上存在一定的难题。目前，合成硫化铜和贵金属纳米复合材料的方法主要是高温溶剂热合成法。高温溶剂热合成法制备的该类型材料往往晶体结晶度比较高，但是需要苛刻的反应条件，例如：高温、高压、无氧、有机相等，并且产物纯度不高、形貌不可控以及生物毒性大等，并不适用于大规模制备。所以，如何改进硫化铜和贵金属纳米复合材料的制备方法，使得反应条件更加温和，生物安全性更好，成为了研究者亟需解决的技术难题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种复合纳米材料，本专利技术的目的之二在于提供这种复合纳米材料的制备方法，本专利技术的目的之三在于提供这种复合纳米材料的应用。本专利技术是基于专利技术人以下的认识和发现作出的：传统模板生长法制备贵金属包覆硫化铜纳米材料，在内核硫化铜生成后，仍需要引入大量的抗坏血酸作为还原剂，才能实现纳米贵金属晶体的生长；然而由于反应体系中抗坏血酸大量存在，导致纳米贵金属晶体自成核，形成很多单独的纳米贵金属颗粒(副产物)，影响最终产物(纳米贵金属包覆的空心立方硫化铜)的产率，并且导致产物表面不纯净，附着大量抗坏血酸，使材料的成分和暴露的晶面无法有效使用，进而影响后续的应用；另外，材料表面附着的抗坏血酸，往往造成材料物理和化学性能不稳定，并且离心过程中容易贴壁，需要加入其它的稳定剂(例如：柠檬酸钠)来保护材料的稳定性。本专利技术人经过大量试验和研究发现，通过适当提高反应体系的温度，激活内核硫化铜表面的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的还原性，为纳米贵金属晶体提供生长位点和成核生长，在贵金属生长过程中不再需要引入抗坏血酸，避免了纳米贵金属晶体自成核发生，获得的最终产物纯度较高，并且聚乙烯吡咯烷酮能够直接稳定整个反应体系，得到的产物具有良好的物理和化学稳定性。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术的第一方面实施例提供了一种复合纳米材料，所述复合纳米材料为纳米贵金属包覆的空心立方硫化铜纳米花。优选的，这种复合纳米材料中，纳米贵金属与空心立方硫化铜纳米花的摩尔比为(1～5)：10；进一步优选的，纳米贵金属与空心立方硫化铜纳米花的摩尔比为(2～4)：10。优选的，这种复合纳米材料中，纳米贵金属选自纳米金、纳米银、纳米钯、纳米铂中的至少一种。在本专利技术的一些具体实施例中，纳米贵金属选用纳米金。本专利技术的第二方面实施例提供了根据本专利技术第一方面实施例所述复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：1)将聚乙烯吡咯烷酮溶液与Cu(Ⅱ)盐溶液混合，加入碱，再加入还原剂混合反应，得到氧化亚铜溶液；2)将氧化亚铜溶液加热，加入硫化盐进行反应，得到空心立方硫化铜溶液；3)将空心立方硫化铜溶液离心处理，加热，加入贵金属源溶液进行反应，得到复合纳米材料。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤1)中，聚乙烯吡咯烷酮溶液的浓度为5g/L～20g/L；进一步优选的，聚乙烯吡咯烷酮溶液的浓度为8g/L～15g/L。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤1)中，Cu(Ⅱ)盐溶液的浓度为0.05mol/L～0.2mol/L；进一步优选的，Cu(Ⅱ)盐溶液的浓度为0.08mol/L～0.15mol/L。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤1)中，聚乙烯吡咯烷酮与Cu(Ⅱ)盐的质量比为(30～100)：1；进一步优选的，聚乙烯吡咯烷酮与Cu(Ⅱ)盐的质量比为(40～60)：1。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤1)中，Cu(Ⅱ)盐选自硝酸铜、醋酸铜、氯化铜、硫酸铜中的至少一种。在本专利技术的一些具体实施例中，Cu(Ⅱ)盐选用醋酸铜。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤1)中，Cu(Ⅱ)盐与碱的摩尔比为1：(10～30)；进一步优选的，Cu(Ⅱ)盐与碱的摩尔比为1：(15～20)。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤1)中，碱选自碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐中的至少一种；进一步优选的，碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或其组合。在实际的应用中，可以选用碱溶液的形式进行制备。通过加入碱，可以调节溶液的pH值至碱性，进一步加快Cu(Ⅱ)盐配位形成Cu(OH)42-中间体，有利于氧化亚铜的生成。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤1)中，Cu(Ⅱ)盐与还原剂的摩尔比为1：(1～5)；进一步优选的，Cu(Ⅱ)盐与还原剂的摩尔比为1：(2～4)。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤1)中，还原剂选自硼氢化钠、抗坏血酸、葡萄糖、柠檬酸铵中的至少一种。在本专利技术的一些具体实施例中，还原剂选用抗坏血酸。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤2)中，加热的温度为80℃～95℃；进一步优选的，加热的温度为85℃～90℃。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤2)中，硫化盐与步骤1)中的Cu(Ⅱ)盐的摩尔比为(2～8)：1；进一步优选的，硫化盐与Cu(Ⅱ)盐的摩尔比为(3～5)：1。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤2)中，硫化盐选自硫化钠、硫化钾、硫化铵中的至少一种。在本专利技术的一些具体实施例中，硫化盐选用硫化钠。这种复合纳米材料的制备方法步骤2)中，当加入硫化盐进行反应后，溶液由淡黄色逐渐变成墨绿色，然后继续反应1小时～3小时。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤3)中，离心处理的转速为7000转/分钟～9000转/分钟；进一步优选的，离心处理的转速为7500转/分钟～8500转/分钟。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤3)中，离心处理的时间为10分钟～30分钟；进一步优选的，离心处理的时间为15分钟～25分钟。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤3)中，加热的温度为50℃～70℃；进一步优选的，加热的温度为55℃～65℃。在本专利技术的一些具体实施例中，步骤3)的加热温度为60℃。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤3)中，贵金属源溶液的质量浓度为0.5％～2％；进一步优选的，贵金属源溶液的质量浓度为0.8％～1.2％。优选的，这种复合纳米材料的制备方法步骤3)中，贵金属源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合纳米材料，其特征在于：所述复合纳米材料为纳米贵金属包覆的空心立方硫化铜纳米花。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合纳米材料，其特征在于：所述复合纳米材料为纳米贵金属包覆的空心立方硫化铜纳米花。


2.根据权利要求1所述的一种复合纳米材料，其特征在于：所述纳米贵金属与空心立方硫化铜纳米花的摩尔比为(1～5)：10。


3.根据权利要求2所述的一种复合纳米材料，其特征在于：所述纳米贵金属选自纳米金、纳米银、纳米钯、纳米铂中的至少一种。


4.一种权利要求1至3任一项所述复合纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将聚乙烯吡咯烷酮溶液与Cu(Ⅱ)盐溶液混合，加入碱，再加入还原剂混合反应，得到氧化亚铜溶液；
2)将氧化亚铜溶液加热，加入硫化盐进行反应，得到空心立方硫化铜溶液；
3)将空心立方硫化铜溶液离心处理，加热，加入贵金属源溶液进行反应，得到所述的复合纳米材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，碱选...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕倩，邹丽丽，刘海信，陈龙胜，
申请(专利权)人：广东省医疗器械研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44