[发明专利]核壳结构Fe3O4@MCM-41磁性纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种囊泡相合成Fe₃O₄磁性纳米材料的方法。

背景技术

磁性纳米粒子在磁流体、药物靶向释放、催化、医学成像、癌症治疗、分离技术、生化微反应器设计以及光谱检测等研究领域具有广阔的应用空间。但纯的磁性纳米粒子由于其自身的不稳定性、难修饰、高的化学活性和易氧化等缺点很难实现工业化应用。为了解决这一难题，研究者通过在磁性纳米粒子表面构建不同的包裹壳层，借以减少其团聚作用，在很大程度上提高了磁性纳米粒子的稳定性。因此磁性核壳结构纳米粒子的研究成为近年来材料化学领域的一个热点。

常见的壳层材料有金属材料（金、银），无机非金属材料（硅、碳）及有机材料（表面活性剂、聚合物）等，研究者可根据不同的研究需求构建合适的磁性核壳纳米粒子。核壳结构的磁性氧化硅，因其复合内核和壳层的功能独特的磁响应能力、低毒性以及表面可化学修饰性，赋予其在各个领域极大的应用潜力。近几年有关磁性核壳结构二氧化硅微球的文献报道较多，粒子尺度一般在200-500nm之间，在特定溶剂中分散性良好。核壳型材料的制备方法很多，主要存在的问题是目标产物自由度大，不易控制纳米颗粒的尺度、形貌，包覆的壳层结构不均一等方面的缺陷，这就使科研工作者在合成方法上寻求新的突破。

正负离子表面活性剂复配系统(C-A),由于其带有相反电荷的离子头基间的强静电相互作用,具有强协同效应和高表面活性,在水溶液中可形成丰富的微观结构,表现出复杂的相行为,在表面吸附、表面带电、温度和离子强度对表面性质及胶团形成的影响等方面都有特殊性。C-A复配系统在水溶液中可形成球状、棒状、虫状胶束,层状、片状、盘状、带状、六方、立方液晶相,囊泡、沉淀等。其中囊泡是人们特别感兴趣的一种微观结构,原因在于它可作为细胞膜的模型、药物载体和微反应器等,在生物、制药、材料、催化等领域有广阔的应用前景。正负表面活性剂复配所形成的囊泡是一种热力学稳定体系，可以作为微反应器用来合成纳米材料。

囊泡相虽为表面活性剂自发形成的亚稳态体系，但仍然属于热力学不稳定体系，随着外界条件的微小变化，比如外来离子的干扰、体系pH变化、温度的升高等都会促使囊泡相变。研究表明，逐渐加热囊泡体系，囊泡双层膜中的碳氢链出现了从凝胶态向液晶态转变的过程，此时，体系产生了较大的焓变。此转变温度称为相转变温度(phase transition temperature)，也有人称其为链熔温度(chain melting tmperature)。因此囊泡的形成是外部条件的产物，外部条件的改变，囊泡与液晶相、层状相之间很容易相互转化。

发明内容

本发明目的是为了解决现有方法得到的Fe₃O₄磁性纳米材料核壳结构不均和比表面积小的问题，而提供核壳结构Fe₃O₄@MCM-41磁性纳米材料的制备方法。

本发明核壳结构Fe₃O₄@MCM-41磁性纳米材料的制备方法按下列步骤实现：

一、按摩尔比1.0:（1.5～3.0）将十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）溶于二次蒸馏水中,制得阴/阳离子表面活性剂混合液，把阴/阳离子表面活性剂混合液在25～35℃条件下静置24～48h，得到囊泡相溶液；

二、按摩尔比为2.0:1.0将FeCl₃和FeSO₄溶于经过通氮除氧处理的二次蒸馏水中，得到铁盐溶液，向铁盐溶液中加入步骤一的囊泡相溶液，以25～35℃超声2～3h后加入乙二胺调节体系的pH值至9～10,得到黑色悬浮液；

三、向步骤二的黑色悬浮液中加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），在搅拌的情况下再加入正硅酸乙酯（TEOS）,滴加氨水调节黑色悬浮液的pH至11～12，反应5～7h，以48～52℃晶化24～36h，收集固相晶体，固相晶体用无水乙醇和二次蒸馏水抽虑洗涤至中性，然后经真空干燥得到白色固体粉末，然后将白色固体粉末放入马沸炉中以548～552℃焙烧10～12h，得到核壳结构Fe₃O₄@MCM-41磁性纳米材料。