[发明专利]一种金属氧化物嵌入的磁性有序介孔碳复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种金属氧化物嵌入的磁性有序介孔碳复合材料及应用。该材料以碱催化的酚醛缩合反应合成可溶性的酚醛树脂预聚体，并以此为碳源，以两性三嵌段共聚物F127为模板，乙酰丙酮为偶合试剂，通过软模板法采用溶剂挥发自组装方式，得到有序介孔碳；利用乙二醇与柠檬酸钠的还原性，采用热溶剂法，将四氧化三铁和银纳米颗粒负载在有序介孔碳上，得到金属氧化物嵌入的磁性有序介孔碳复合材料。本发明的磁性金属氧化物嵌入有序介孔碳复合材料可以实现对硫醇化合物的选择性富集，而且可以利用材料的超顺磁性在5min内进行快速的分离。同时，利用拉曼光谱可以得到高灵敏检测且具有相当好的稳定性。

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，表面增强拉曼光谱的分析检测领域，具体地是利用软模板法通过溶剂挥发自组装形成有序介孔碳复合材料，通过热溶剂法对有序介孔碳进行磁功能化修饰，利用银纳米颗粒的表面增强拉曼特性实现对硫醇化合物的富集检测方法。

背景技术

介孔材料是指孔径介于2-50nm之间的一类多孔材料，它的孔道结构高度有序，具有很高的比表面积。有序介孔炭作为介孔材料的一种，除具有比表面积大(可达到2500m²g^-1)、孔径可调、化学稳定性好、热稳定性好、良好的导电性和机械强度高等优点外，还具有孔径均一、孔道排列有序等特点，因此其在诸多方面具有很好的应用前景。有研究者将有序介孔碳材料进一步发展，将金属及金属氧化物负载在有序介孔碳上，进一步扩展介孔碳材料在催化剂载体、吸附分离、药物载体和电化学电极材料中的应用。

表面增强拉曼散射(SERS)是指当一些分子或者官能团被吸附到某些金属或半导体的特殊表面(如纳米颗粒、纳米线的表面以及具有纳米级粗糙度的表面)上时，在激发区域内它的拉曼散射信号强度会大幅增加的一种光谱现象。SERS由于具有高灵敏度、快速、丰富的光谱信息，被广泛用于研究表面、吸附界面表面状态、生物大小分子的界面取向及构型构象、结构分析等，可以有效地分析化合物在界面的吸附取向、吸附态的变化、界面信息等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以磁性四氧化三铁为磁性介质，同时在有序介孔碳上修饰的银纳米颗粒，利用银纳米颗粒的表面增强拉曼特性，实现对硫醇化合物的富集检测。

本发明的金属氧化物嵌入的磁性有序介孔碳复合材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)将苯酚加热熔融，加入氢氧化钠溶液均匀混合，再滴加甲醛溶液，后升温至60～80℃反应50～70min得可溶性酚醛树脂预聚体；

(2)将可溶性酚醛树脂预聚体以酸调pH＝4～6，并于40～70℃下真空干燥10～14h，离心去除氯化钠，用无水乙醇配制酚醛树脂溶液；

(3)取酚醛树脂溶液与三嵌段共聚物F127混合搅拌10～30min，得到液体待用；

(4)将步骤(3)所得液体与乙酰丙酮混合搅拌30～60min，得无色透明液体，并于表面皿中自然蒸发20～24h得液膜；

(5)将步骤(4)液膜进行固化，于100～150℃下烘干至无色透明固体；

(6)将步骤(5)无色透明固体，转移至管式炉，氮气保护下煅烧得黑色固体。

(7)将步骤(6)黑色固体、三氯化铁、无水乙酸钠、聚乙二醇和柠檬酸钠于乙二醇中混合均匀形成混合溶液；

(8)将步骤(7)中混合溶液中加入硝酸银，于聚四氟乙烯反应釜中100～250℃，下反应6～12h，即得。

优选的，上述所述金属氧化物嵌入的磁性有序介孔碳复合材料的制备方法，步骤(1)中，苯酚、氢氧化钠溶液与甲醛溶液的质量比为8～12：2～4：15～19；其中氢氧化钠溶液浓度15～25wt％，甲醛溶液浓度30～40wt％。