[发明专利]一种单分散厚度可控的磁性核-壳碳材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性分离材料制备技术领域，具体涉及一种壳层厚度可控的磁性核-壳碳纳米材料的制备方法。

背景技术

磁性材料作为一类重要的功能材料，在环境有害物质分离、催化、信息储存、生物成像以及药物传输等领域具有广泛的应用前景。其中铁基磁性材料，如四氧化三铁，因其高的饱和磁化强度、简单的合成技术以及可控的尺寸与形貌，受到了国内外许多研究者的青睐。然而，单纯的四氧化三铁是化学惰性的，缺少功能基团，特别是小粒径的四氧化三铁纳米颗粒因具有高的表面能使其易于团聚，从而大大降低了其应用性能。

对于磁性材料进行核-壳结构包裹作为一种可有效解决其稳定性问题的方法以及其应用上的可靠性和广泛性受到了越来越多的重视，通过具备厚度可控性的“壳”层的包覆，不仅可以提高磁性材料的稳定性，还能够拓宽其应用领域。目前，碳基质包裹的磁性核-壳材料不仅对有机基质具有良好的兼容性，还易于其它有机、无机功能物种的修饰改性，赋予纳米复合材料以特定的性质。例如，可直接用于对废水中有机污染物的高效富集、分离，可无机金属浸渍后用于环境污染物的催化降解，可有机修饰后用于抗癌药物的传输与控制释放，可负载显影剂用于生物成像等。

至今为止，已有许多不同的制备磁性核-壳碳材料的方法不断被开发出来，比如：通过水热法在Fe₃O₄或α–Fe₂O₃纳米颗粒存在的条件下，原位碳化葡萄糖来制备磁性核-壳碳材料[M.Y.Zhu,C.J Wang,D.H.Meng and G.W.Diao,In situ synthesis of silver nanostructures on magnetic Fe₃O₄@C core-shell nanocomposites and their application in catalytic reduction reactions，J.Mater.Chem.A,2013,1,2118.]；通过热解法以Ferrocene作铁源、以碳酸铵作碳源来合成形状可控的碳包覆磁性Fe₃O₄纳米颗粒[J.Zhang,J.Du,Y.Qian,Q.Yin and D.Zhang,Shape-controlled synthesis and their magnetic properties of hexapod-like,flake-like and chain-like carbon-encapsulated Fe₃O₄core/shell composites，Mater.Sci.Eng.B,2010,170,51.]；以多巴胺作碳源，通过控制涂覆以及随后的高温焙烧法制备了氮掺杂的磁性Fe₃O₄核壳纳米颗粒[A.H.Lu,C.Lei,F.Han,D.Li,W.C.Li,Q.Sun and X.Q.Zhang,Dopamine as the coating agent and carbon precursor for the fabrication of N-doped carbon coated Fe₃O₄composites as superior lithium ion anodes，Nanoscale，2013,5,1168]；通过在Fe₂O₃或Fe₃O₄纳米颗粒表面进行微乳液聚合溶液中的甲基丙烯酸或苯乙烯来制备Fe₂O₃@PAA或Fe₃O₄@PS，然后经高温N₂条件下焙烧制得Fe₃O₄核-壳碳纳米颗粒[T.J.Yao,T.Y.Cui,J.Wu,Q.Z.Chen,X.J.Yin,F.Cui and K.N.Sun,Preparation of acid-resistant core/shell Fe₃O₄@C materials and their use as catalyst supports，Carbon,2012,50,2287]。尽管上述方法均能成功制备磁性核-壳碳材料，但是合成步骤繁琐、产率低，另外具有均一、单分散以及尺寸可控的磁性核-壳碳材料的合成还存在一定的困难，在一定程度上限制了其在许多领域的广泛应用。