[发明专利]一种以多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及核壳结构纳米复合材料的制备，具体说，是涉及一种以多巴胺为碳源制备 核壳结构纳米复合材料的方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

随着纳米技术的发展，核壳结构纳米复合材料现已成为复合材料、纳米材料等领域研 究的热点。核壳结构的纳米复合材料(CSNC)一般由中心的核以及包覆在外部的壳组成， CSNC中的内核与外壳之间通过物理、化学作用相互连接。由于其具有许多独特的物理和 化学特性，使得其在超疏水表面涂层、材料学、化学、磁学、电学、光学、生物医学、催 化等领域都具有很大潜在的应用价值。

研究表明：多巴胺与二氧化硅之间具有很好的生物相容性，并且多巴胺中含有氮元素 使得其所制得的碳源可在超级电容器方面有着很大的应用前景，因此，目前已有采用多巴 胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的报道，但目前的制备方法均存在如下缺陷：

1)在包覆多巴胺之前需要将前驱体离心分离并用溶剂进行洗涤，然后才能进行多巴胺 的包覆，最后的产物仍旧需要溶剂洗涤，由于每一次的分离都需要较长时间并且洗涤需要 很多溶剂，以致造成大量溶剂的消耗和时间的浪费，不利于规模化生产；

2)碳化焙烧处理需要分级进行：先以1℃/分钟的升温速率升温到400℃，保温焙烧2 小时，然后再以5℃/分钟的升温速率升温到800℃，保温焙烧3小时，不仅使得制备周期 长，制备条件苛刻，而且800℃的焙烧温度，对所包覆的内核物质具有选择性，以致阻碍了 应用范围；

3)目前的刻蚀操作都是在HF水溶液中反应24小时，由于HF是一种强腐蚀性剧毒物 质，易挥发，对人体和环境危害大，因此也不利于规模化生产。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种操作简单、适用范围广、可 实现规模化的以多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种以多巴胺为碳源制备核壳结构纳米复合材料的方法，包括如下步骤：

a)首先将作为内核的纳米材料分散在醇水溶液中，通过法在作为内核的纳米材料的表面包覆二氧化硅，然后向反应体系中直接加入多巴胺，通过原位聚合使多巴胺包覆在二氧化硅表面，制得复合纳米材料，简记为：作为内核的纳米材料SiO₂Pdop；

b)将制得的复合纳米材料：作为内核的纳米材料SiO₂Pdop，在氮气氛下进行焙烧 处理：以8～12℃/分钟的升温速率升温至450～550℃，然后保温4～6小时，得到碳化的复 合纳米材料，简记为：作为内核的纳米材料SiO₂Carbon；

c)将制得的碳化的复合纳米材料：作为内核的纳米材料SiO₂Carbon分散在氨水溶 液中，在130～150℃进行保温刻蚀10～16小时，得到所述的核壳结构纳米材料，简记为： 作为内核的纳米材料voidCarbon。

所述的作为内核的纳米材料可以为纳米颗粒、纳米线或纳米管等，包括但不限于：金 纳米颗粒、银纳米线、磁性碳纳米管、α-三氧化二铁纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒等。

作为优选方案，作为内核的纳米材料与二氧化硅的质量比为2:1～1:25，以1:1～1:5为 最佳。

作为优选方案，作为内核的纳米材料与多巴胺的质量比为1:5～5:1，以1:4～3:1为最 佳。

作为优选方案，所述醇水溶液是由醇溶剂与水按体积比为1:1～20:1(以2:1～15:1为 最佳)形成。

作为优选方案，刻蚀所用氨水溶液的浓度为5～15wt％。

与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：

1、本发明在包覆多巴胺之前无需对前驱体进行离心分离和洗涤，明显缩短了制备周期， 节约了能耗，提高了产率；

2、本发明的碳化焙烧处理无需复杂的分级处理，只需以8～12℃/分钟的升温速率升温 至450～550℃，然后保温4～6小时即可，不仅操作简单，而且避免了对所包覆的内核物质 的损伤，适用范围广；

3、本发明采用在氨水溶液中进行刻蚀，不仅能稳定得到良好核壳结构的形貌，而且有 利于规模化生产；