[发明专利]微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法

说明书

本发明公开了一种微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法。所述方法在室温条件下，盐酸多巴胺在有机体系中首先吸附在微/纳米Si颗粒上，然后通过氧化自聚在Si表面均匀包覆一层PDA薄膜，膜表面存在大量的氨基、酚羟基等官能团，利于二次组装修饰。本发明采用纯有机溶剂体系，反应条件温和，抑制了高活性微/纳米Si粉包覆过程中的氧化失活，无需冰浴等低温环境；既能达到微/纳米Si粉表面功能化修饰、提供二次修饰理想平台，又不会对组装后的硅基含能材料组分间的传质过程造成影响。

技术领域

本发明属于微/纳米含能材料制备技术领域，涉及一种微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法。

背景技术

相较于铝基含能材料，硅基含能材料具有以下几个优点：(1)硅理论燃烧热值高(7.750kcal·g^-1，Al为7.422kcal·g^-1)，热化学性能良好；(2)表面氧化层更薄(约1nm，Al表面氧化层为2-6nm)，利于高活性保持；(3)硅基含能材料防静电能力良好；(4)硅表面易于功能化改性。因此，硅基含能材料具有重要的应用前景。

通过对材料进行表面修饰，使材料表面多功能化成为了目前的一大研究热点。自从Lee等人(Lee H,Dellatore S M,Miller W M,Messersmith P B.Science,2007,318:426)报道了制备聚多巴胺(PDA)涂层材料的方法，多巴胺(DA)基纳米材料的制备、功能化及应用引起了广泛的关注。多巴胺通过氧化自聚作用会在材料表面形成一层黏附力极强的聚多巴胺薄膜，经过多巴胺改性后的基体表面将存在大量的氨基(-NH₂)、亚氨基(-NH-)、儿茶酚等功能基团，这些基团在一定环境条件下能够发生迈克尔加成反应、席夫碱反应，从而增加基体材料的络合能力、还原能力并提供更多的吸附位点。此外，儿茶酚结构可在温和条件下通过螯合作用将金属离子锚定于材料表面，利于二次修饰改性。因此，包覆PDA薄膜可为材料表面的二次修饰及多功能化提供理想平台。Ou等人(Ou J F,Wang J Q,Zhang D,ZhangP L,Liu S,Yan P H,Liu B,Yang S R.Collioids.Surf.B,2010,76:123)先在硅片表面包覆一层3-氨基丙基三乙氧基硅烷包覆，然后包覆多巴胺涂层(PDAc)作为中间层，最后二次修饰制备了一种新型的三层有机薄膜，该方法包覆PDA是采用水作为溶剂。研究表明(FOzanam.JN Chazalviel.J.Electroanal.Chem.1989，251-266；钟根香,尹传强,魏秀琴,周浪.电子元件与材料,2018,27:10)，水是引起硅粉氧化的一个重要因素，因此上述方法由于使用水作为溶剂，导致其中的硅片易与水反应，发生氧化，进而影响材料的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法。该方法在有机体系下，在微/纳米硅粉表面均匀包覆一层PDA薄膜，微/纳米硅粉表面包覆PDA即为微/纳米核壳结构Si@PDA。

实现本发明目的的技术解决方案为：

微/纳米核壳结构Si@PDA的制备方法，具体步骤如下：

三(羟甲基)氨基甲烷或巴比妥钠溶解于有机溶剂中，盐酸调节pH，再加入盐酸多巴胺(DA)，搅拌至完全溶解，最后加入微/纳米Si粉，超声分散均匀，搅拌进行氧化自聚合反应，抽滤，甲醇清洗，干燥得到微/纳米核壳结构Si@PDA。

优选地，所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺(DMF)和乙腈的一种或两种。

优选地，所述的pH为6.8～9.6。

优选地，所述的DA的浓度为1～3mg/mL。

优选地，所述的微/纳米Si粉的浓度为1～2mg/mL。

优选地，所述的氧化自聚合反应的时间为1～10h。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：