[发明专利]磁性无机纳米粒子/大孔径有序介孔氧化物核壳微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于先进纳米复合材料技术领域，具体涉及一种磁性无机纳米粒子/大孔径有序介孔氧化物核壳微球及其制备方法。

背景技术

近年来，核壳复合微球因其能够同时利用其核层和壳层的优点而成为一种具有广泛应用前景的新型复合材料。近年来，随着人们在生物分析分离、酶固化、疾病诊断方面的需要，具有磁性纳米粒子作为核，有序介孔氧化物作为壳的核壳复合微球受到人们广泛关注。其原因在于这种复合微球具有磁响应特性，能够简化方便分离分析，对于生物体的毒性很低。

然而目前所有报道的磁性无机纳米粒子/有序介孔氧化物核壳微球都是使用小分子表面活性剂（如十六烷基三甲基溴化铵）作模板剂合成得到的（Deng, Y. H.; Qi, D. W. Deng, C. H.; Zhang, X. M.; Zhao, D. Y.;J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 28-29. Kim, J.; Kim, H. S.; Lee, N.; Kim, T.; Kim, H.; Yu, T.; Song, I. C.; Moon, W. K.; Hyeon, T.; Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 8438 –8441. Zhao, W. R.; Chen, H. R.; Li, Y. S.; Li, L.; Lang, M. D.; Shi, J. L.; Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 2780–2788.），因此这种材料的介孔非常小（小于3.0nm）。在许多应用领域往往需要较大的孔径（5 nm 以上），如蛋白质吸附、酶的固定、纳米催化剂颗粒的负载等。因此迫切需要开发有效途径来合成单分散的磁性无机纳米粒子/大孔径有序介孔氧化物核壳微球。

不同于之前的报导的各种磁性粒子/介孔氧化物复合颗粒，本发明所报道的磁性无机纳米粒子/大孔径有序介孔氧化物核壳微球具有磁响应性高、微球形状均一、介孔有序且孔径较大易于传输大分子物质的特性。本发明所报道的合成方法解决了Stober方法要求的碱性环境和大分子非离子表面活性剂所需要的酸催化剂的矛盾。充分利用了三维有序大孔材料的多孔性和球形特点，在大孔里预先放置无机磁性纳米粒子，然后采用限域空间的溶剂挥发诱导自组装形成磁性无机纳米粒子/大孔径有序介孔氧化物核壳微球。具有原料易得、方法新颖、合成材料纯度高的特性，适合于大规模生产。由于其所具有的高比表面、高孔容、均一有序介孔的特性，在吸附分离领域具有重要的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁响应效果好、形状均一、具有大孔径有序介孔孔道的磁性无机纳米粒子/大孔径有序介孔氧化物核壳微球及其制备方法。

本发明所提出的磁性无机纳米粒子/大孔径有序介孔氧化物核壳微球，由以下方法制备得到：

（1）利用溶胶-凝胶化学合成法，在磁性无机纳米粒子表面包覆上一层无定形二氧化硅，形成尺寸均一的磁性无机纳米粒子/二氧化硅核壳复合微球；

（2）将得到的复合微球分散在分散剂中沉淀排列形成光子晶体，然后通过“纳米浇铸（Nanocasting）”的方法在磁性无机纳米粒子/二氧化硅核壳微球的空隙内填充入有机碳前驱液，碳化后用碱或者盐刻蚀除去二氧化硅壳层而保留磁性无机纳米粒子在三维有序大孔碳材料里面；

（3）通过再次“纳米浇铸（Nanocasting）”的方法将介孔无机氧化物的前驱液或者介孔金属氧化物的前驱液灌注到三维有序大孔碳的大孔里并包覆磁性纳米粒子，前驱液通过溶液挥发诱导自组装（Evaporation Induced Self-Assembly， EISA），在三维有序大孔碳里形成介观结构；

（4）焙烧除去骨架三维有序大孔碳和表面活性剂，得到磁性无机纳米粒子/大孔径有序介孔氧化物核壳微球。

合成所得到的复合微球直径范围为200 nm ~ 2μm，比表面为 100 m²/g ~ 600 m²/g，孔容为 0.1 cm³/g ~ 0.8 cm³/g，介孔的孔径尺寸为2 nm ~ 30 nm。