[发明专利]一种基于吸附驱动力可控制备核壳结构纳米复合物的方法

说明书

本发明公开了一种基于吸附驱动力可控制备核壳结构纳米复合物的方法。利用ZIFs纳米颗粒的多孔结构及对醇‑水的选择吸附性差异，将制备好的ZIFs纳米颗粒经不同的醇水体系进行吸附分散处理，通过NaOH溶液调节体系至弱碱性，催化水解硅酸四丁酯在ZIFs表面形成介孔二氧化硅，在弱碱的选择性刻蚀下，一步法制备得到介孔二氧化硅包覆的ZIFs纳米复合物。反应结束后，静置，沉淀经离心，洗涤后，真空干燥。并通过调节增加醇‑水的比例实现了复合物内核尺寸的可控刻蚀调节，形成了具有较高比表面积的摇铃形核壳结构。得到纳米复合物的分散性好，形貌、颗粒大小均一，工艺简单，可重复性高，表现出较好的亲水性和较高的载药性能。

技术领域：

本发明涉及疏水性类沸石咪唑酯金属有机框架改性纳米复合物的制备技术和方法，在吸附驱动力的作用下，可控合成了核壳结构类沸石咪唑酯金属有机框架-介孔二氧化硅(以下简称ZIFs@mSiO₂)纳米复合物。具体为利用ZIFs纳米颗粒的多孔结构及对醇-水的选择吸附性差异，将制备好的ZIFs纳米颗粒经不同醇水混合或单一组分体系进行吸附分散处理，在吸附驱动力和表面活性剂的作用下，通过氢氧化钠(NaOH)溶液调节体系至弱碱性(pH＝8～10)，催化水解硅酸四丁酯在ZIFs表面形成介孔二氧化硅，在弱碱的选择性刻蚀下，一步法制备得到介孔二氧化硅包覆的ZIFs纳米复合物。并通过调节醇水的比例实现了对核壳结构ZIFs@mSiO₂纳米复合物的内核尺寸的可控调节。

背景技术：

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，因其独特的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应使其具备了诸多独特的物理化学性质，在纳米技术应用中得到广泛应用。随着纳米科学与技术的不断发展，越来越多的研究焦点开始转向了多功能纳米材料的构建，纳米材料核壳结构应运而生。为了满足不同的应用需求，研究人员通过对其几何结构、尺寸、组成和形貌的可控调节，实现了对纳米材料的性能优化。核壳结构纳米复合物不但能够满足上述需求，而且能表现出光、电、磁、催化等方面的特性，从而能够更好地实现材料的多功能性。核壳结构材料的设计与合成是将两种或两种以上功能整合到一个单独的几何体上的先进制造技术，在电子、能源、环境、生命等领域表现出了巨大的应用前景。

如今，随着新型制备技术的发展，核壳结构材料越来越呈现出较传统复合材料更为优越的特性，其研究也向着微观操纵及性能可控方向发展。尽管这一领域多年的研究已取得了一系列巨大的研究成果，但核壳结构材料在制备与应用过程中仍存在许多问题和不足，如分散性差、壳层物质厚度不均匀、核体与壳层之间的结构强度及相容性等问题，现有的制备方法已不能满足其设计要求，特别的对于疏水性沸石咪唑酯金属有机框架的纳米核壳化改性的需求越来越迫切。为此，需要开发新的合成方法解决上述问题。

纳米材料的合成过程是相对复杂的，这也给核壳结构纳米材料的设计与可控合成带来了一定的挑战。为了更好地实现目标，核壳结构的形成原理是指导材料可控合成的关键。其中，较为广泛认可的四种形成机理包括：表面包覆、奥斯特瓦尔德熟化(Ostwaldripening)、柯肯达尔效应(Kirkendall effect)以及刻蚀作用。这也对应了目前核壳结构纳米复合物的几种制备方法：自组装法、奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening)法、模板法以及选择性刻蚀或溶解法等。由于形成机理不同，每一种合成方法也自然存在各自的适用范围。比如自组装法主要基于非共价键的相互作用，其诱导核壳结构的形成受粒子成核生长的环境影响较大，在核表面包覆生长很难对内核的尺寸进行可控调节。奥斯特瓦尔德熟化法主要针对晶体成核生长过程中重结晶的调控，而限制了对于其他非晶态材料的核壳结构的制备；模板法主要包括软模板法和硬模板法，核壳结构的大小尺寸受限于模板的尺寸，在核壳结构的可控性方面不够优良。基于柯肯达尔效应的中空纳米材料的合成是一种基于固态扩散的制备方法，对中空材料形成的可控性较好，但对于内核尺寸和外壳的厚度无法调控。选择性刻蚀或溶解是一类基于化学稳定性的方法，比较适用于对化学环境不稳定材料的可控制备，但单一的刻蚀容易造成材料整体结构的破坏，很难保持材料原有的性能。因此，探索新的核壳结构材料的合成方法和工艺还存在诸多挑战。