[发明专利]鸟巢状核壳结构Ag@mTiO2纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种鸟巢状核壳结构的AgmTiO₂ (纳米二氧化钛包覆银颗粒) 纳米复合材料的制备方法，属于无机化学和材料合成技术领域。

背景技术

多孔材料，因其具有规则排列、可调的粒径分布以及较高的比表面积和较大的吸附容量等特点，在催化、吸附、纳米自组装及生物医学等领域具有广泛的应用前景，已经越来越受到科学工作者的关注。目前已在结构、组成和形态控制方面，取得了很大进步。然而，传统的单一组分组成的多孔材料，因其有限的功能而大大限制了其实际应用。因此，人们希望合成组成丰富、结构独特的多功能纳米复合材料，以期满足化工、医药以及环境等各方面的需求。

目前，为赋予多孔纳米材料更多的功能性，拓展其应用范围，学者们致力于开发一些具有特殊核壳结构（如夹心中空型等）的纳米复合材料，这种材料通常以功能性的纳米颗粒为核心，包覆以具有理想的组成和均一形貌的外壳。通过合适的化学裁剪，不但可以实现单一组分无法完成的功能，而且还能起到更多的协同效果等。因此，核壳纳米复合材料的制备，已成为近年来的研究热点。目前主要有模板法、溶胶-凝胶法、化学自组装以及基于柯肯达尔效应或奥斯瓦尔德熟化的方法等。通常，这些材料的外壳是由纳米颗粒积聚而成，但由各向异性的构建单元（如一维的纳米线、纳米管和二维的纳米片）组成外壳的功能化多孔核壳结构或蛋黄-壳结构，制备却比较困难。因此，开发一种具有独特核壳结构和以金属纳米颗粒为核心的新型纳米复合材料制备方法，仍然是一个巨大地挑战。 

鉴于此，本发明采用水热合成和热液腐蚀相结合的方法，首次制备出独特鸟巢状AgmTiO₂复合纳米材料，该材料具有高的比表面积、均一的形貌及以Ag为核心和鸟巢状保护外壳的独特结构，有望应用于环境治理和生物医药方面，如光催化，药物的可控释放，生物传感器及细胞标记等领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种鸟巢状核壳结构的AgmTiO₂纳米复合材料的制备方法。本发明采用以下技术方案达到上述目的，现详细说明本发明的技术方案。具体操作步骤如下：

（1）、         根据Y. N. Xia, et al （J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 3892.）等报道的文献来合成Ag纳米颗粒，典型过程如下：将2.5 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶解在一定量的乙二醇中，1 g的 AgNO₃加入到上述溶液中，混合均匀后加入到三口烧瓶中，并在130 ℃的油浴中反应1 h后，将其用丙酮做沉淀剂离心分离得到Ag纳米颗粒，并将其重新分散在乙醇中，得到Ag纳米颗粒的溶液；

（2）、         10 ml步骤（1）得到的溶液加入到一定量的乙醇和水的混合溶剂中，然后加入2.5 ml氨水（28 %），混匀后，逐滴加入2000 μl的正硅酸四乙酯（TEOS），继续反应12 h后，经常规的离心、洗涤、烘干后，得到我们所需的中间产物AgSiO₂复合材料； 

（3）、           将步骤（2）得到0.5 g AgSiO₂纳米颗粒重新分散在乙醇中，并加入0.9 ml氨水溶液（28 %），超声混匀后，缓慢滴加500-1200 μl的钛酸四丁酯（TBOT），并在45℃下反应24 h后，得到的产物经常规的离心、洗涤、烘干后得到产品AgSiO₂TiO₂复合材料；

（4）、           将步骤（3）得到的AgSiO₂TiO₂复合材料分散在20 ml的碱性溶液中（如NaOH或氨水溶液），混合均匀后，将其装入高压反应釜，并在150℃反应12-24 h后，将所得产物用盐酸溶液和去离子水反复洗涤至pH值接近中性为止，烘干后，得到最终产品鸟巢状AgmTiO₂纳米复合材料。

 

本发明的工艺过程中，以Ag纳米颗粒为核心，乙醇和水为溶剂，TBOT和TEOS分别为钛源和硅源，主要过程分为4步。其中，第2步在Ag颗粒外面包覆的SiO₂层起到了媒介的作用; 而第3步中包覆TiO₂的厚度，对最后产品的形貌及结构有着很大的影响，我们可通过控制TBOT的用量来精确调变产物的最终结构，如鸟巢状，夹心中空型等。

与现有技术相比，本发明技术具有以下显著优点：