一种在氧化铝模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化工领域，涉及一种Janus颗粒的制备方法，具体来说是一种在氧化招模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法。
【背景技术】
[0002]Janus是古罗马神话中具有前后两张脸的神(两面神)。De Gennes在1991年诺贝尔获奖致辞中首次借用Janus表示同时具有2种不同特性的颗粒。后来学术界沿用这一名称，形象化地将具有不同特性的非中心对称的颗粒称为Janus粒子。构建Janus粒子的原料可以是有机(聚合物)、无机化合物以及有机无机杂化材料。Janus粒子2个半球可分别具有不同的形貌和(或)不同的化学组成，从而具有不同的性质，如亲水/疏水性、正/负电荷、极性/非极性、光或磁性等。其颗粒尺寸一般为微米或纳米级。在传感、表面活性剂、电子纸、药物载体和催化等领域已有实际应用或具有潜在应用价值，近年来受到了极大的关注。
[0003]Janus粒子的制备方法大致可以分为两类:一种是去对称法。去对称法主要包括两种，一种是选择性的表面修饰；另一种是控制相分离法。去对称法主要是首先合成均匀的纳米级或是微米级颗粒，然后用某种方法在粒子的表面进行选择性的修饰，用来合成非均匀的或者是非对称性的粒子。这种方法能够合成大量的具有不同性质或是不同结构特征的Janus粒子。但是这种方法使用起来相对复杂，尤其是关于表面修饰的范围，难以控制，因此应用不是特别广泛。另一种方法是直接合成法，这种方法很多，主要包括自组装、控制表面成核和微流体的制备。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种在氧化铝模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法，所述的这种在氧化招模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法解决了现有技术中的制备多种金属Janus颗粒的方法工艺复杂，表面修饰的范围难以控制的技术问题。
[0005]本发明提供了一种在氧化铝模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法，包括如下步骤:
1)一个阳极氧化铝的步骤，将铝箔在室温条件下超声清洗，并用去离子水冲洗，将铝箔放在氢氧化钠溶液中碱蚀，接着用去离子水冲洗，然后置于硝酸溶液中酸蚀，将上述清洁的铝箔作为阳极，以铅板为阴极，在磷酸溶液中电解，电解液恒温，使其表面生成一层氧化铝薄膜；
2)一个氧化铝扩孔的步骤，将反应后的铝箔浸入磷酸溶液中；
3)一个沉积金属的步骤，将上述处理后的氧化铝箔置入金属的盐溶液中，所述的金属为镍、钴、铜、锡、钯、金、或铂，所述的盐溶液中的阴离子为氯离子，反应后取出； 4)一个收集Janus颗粒的步骤，将上述沉积金属后的样品再超声，收集金属Janus颗粒，或将沉积金属后的样品在氢氧化钠溶液内溶解，水洗后收集金属Janus颗粒。
[0006]进一步的，步骤1)中磷酸溶液的浓度为2.5-4mol/L ;反应温度0~5°C ;反应时间为5min-24h，电压为30-60V ;反应温度最佳为0°C。
[0007]进一步的，步骤2)中磷酸溶液的质量分数3~8%，反应时间5_25min，反应温度为25-35°C ;最佳浓度为质量分数5% ;最佳温度为30°C。
[0008]进一步的，步骤4中)反应温度为常温，样品反应时间是10s_30min。
[0009]进一步的，步骤4)超声的时间在10_24h ;氢氧化钠溶液的质量分数20%，溶解氧化铝模板时间在2h以上。
[0010]进一步的，步骤1)中，依次用丙酮和乙醇进行超声清洗。
[0011]进一步的，所述的金属为镍、钴、铜、锡、钯、金、或者铂。
[0012]进一步的，步骤3)中镀液是 NiCl2.6H20，SnCl2.2H20，CuCl2.2H20，CoCl2.6H20,PdCl2，HAuC14.4H20 和 H2PtCl6.6H20。
[0013]具体的，上述镀液的浓度为0.l~5mol/Lo
[0014]本发明提出一种简单、环保的方法制备多种金属Janus颗粒，将制备的多孔氧化铝放入金属的盐溶液(氯离子为阴离子)，一段时间取出，超声后即可收集到该金属Janus颗粒。该方法操作简便，能大量制备出包括镍、钴、铜、锡、钯、金、铂等多种颗粒大小均匀的Janus粒子，且可以通过在沉积金属的氧化铝模板上喷金和腐蚀模板的方法制备出其他物化性质不同的Janus颗粒。
[0015]本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明的方法简单，经济环保，可稳定的大面积的制备小于10微米，且颗粒均匀，形貌各异的多种金属Janus颗粒，包括镍、钴、铜、锡、钯、金、铂。本方法制备的两面神颗粒也可作为制备其它不同物化性质的两面神颗粒的原料，并在催化，电子，磁力学领域有很多潜在的应用价值。采用本发明的方法，不需要电源，操作简单，镀液成分单一，且生成的颗粒大小均匀。
[0016]
【附图说明】
[0017]图1是实施例1中镍沉积在氧化铝模板上电镜图。
[0018]图2是实施例1中超声后收集的镍Janus颗粒电镜图。
[0019]图3是实施例1中氢氧化钠溶解氧化铝模板后收集的镍Janus颗粒电镜图。
[0020]图4是实施例1中单个镍Janus颗粒的能谱图。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
首先，将铝片(铝元素含量为99，99%)依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用去离子水冲洗吹干。随后浸入lmol/L的氢氧化钠水溶液中处理，时间为lmin，取出后用去离子水冲洗，并吹干，接下来再浸入质量分数10%的硝酸溶液中lmin，取出后用去离子水冲洗，吹干。配制
2.7mol/L的磷酸溶液作为电解液，然后以铝板为阳极，铅板为阴极通电进行反应。控制反应温度为0°C，恒电压50V，反应时间为2h。将反应后的铝片用去离子水清洗并吹干，并将氧化的铝箔浸入质量分数5%的磷酸溶液中10分钟，获得扩孔后的氧化铝模板，接下来将氧化的铝箔放入lmol/L的NiCl2溶液12min，取出样品用去离子水清洗并吹干后将样品在乙醇溶液内超声12h，即可收集到一面为平面，一面为球形的镍Janus颗粒。将自还原镍氧化铝箔样品用质量分数20%的氢氧化钠溶液溶解，可获得一半是球状，另一半是棒状的镍Janus颗粒。
[0022]
实施例2
首先，将铝片(铝元素含量为99，99%)依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用去离子水冲洗吹干。随后浸入lmol/L的氢氧化钠水溶液中处理，时间为lmin，取出后用去离子水冲洗，并吹干，接下来再浸入质量分数10%的硝酸溶液中lmin，取出后用去离子水冲洗，吹干。配制
3.0mol/L的磷酸溶液作为电解液，然后以铝板为阳极，铅板为阴极通电进行反应。控制反应温度为2°C，恒电压45V，反应时间为2.5h0将反应后的铝片用去离子水清洗并吹干，并将氧化的铝箔浸入质量分数5%的磷酸溶液中15分钟，获得扩孔后的氧化铝模板，接下来将氧化的铝箔放入lmol/L的CoCl2溶液13min，取出样品用去离子水清洗并吹干后将样品在乙醇溶液内超声15h，即可收集到一面为平面，一面为球形的钴Janus颗粒。将自原钴的氧化铝箔样品用质量分数20%的氢氧化钠溶液溶解，可获得一半是球状，另一半是棒状的钴Janus颗粒。
[0023]
实施例3
首先，将铝片(铝元素含量为99，99%)依次用丙酮、乙醇超声清洗，并用去离子水冲洗吹干。随后浸入lmol/L的氢氧化钠水溶液中处理，时间为1.5min，取出后用去离子水冲洗，并吹干，接下来再浸入质量分数10%的硝酸溶液中1.5min，取出后用去离子水冲洗，吹干。配制2.9mol/L的磷酸溶液作为电解液，然后以铝板为阳极，铅板为阴极通电进行反应。控制反应温度为0°C，恒电压55V，反应时间为3h。将反应后的铝片用去离子水清洗并吹干，并将氧化的铝箔浸入质量分数5%的磷酸溶液中20分钟，获得扩孔后的氧化铝模板，接下来将氧化的铝箔放入0.lmol/L的CuCl2溶液4min，取出样品用去离子水清洗并吹干后将样品在乙醇溶液内超声18h，即可收集到一面为平面，一面为花瓣状的镍Janus颗粒。将自还原铜的氧化铝箔样品用质量分数20%的氢氧化钠溶液溶解，可获得一半是球状，另一半是花瓣状的铜Janus颗粒。
【主权项】
1.一种在氧化招模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法，其特征在于包括如下步骤: 1)一个阳极氧化铝的步骤，将铝箔在室温条件下超声清洗，并用去离子水冲洗，将铝箔放在氢氧化钠溶液中碱蚀，接着用去离子水冲洗，然后置于硝酸溶液中酸蚀，将上述清洁的铝箔作为阳极，以铅板为阴极，在磷酸溶液中电解，电解液恒温，使其表面生成一层氧化铝薄膜； 2)一个氧化铝扩孔的步骤，将反应后的铝箔浸入磷酸溶液中； 3)—个沉积金属的步骤，将上述处理后的氧化铝箔置入金属的盐溶液中，所述的金属为镍、钴、铜、锡、钯、金、或铂，所述的盐溶液中的阴离子为氯离子，反应后取出； 4)一个收集Janus颗粒的步骤，将上述沉积金属后的样品再超声，收集金属Janus颗粒，或将沉积金属后的样品在氢氧化钠溶液内溶解，水洗后收集金属Janus颗粒。2.根据权利要求1所述的一种在氧化铝模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法，其特征是:步骤1)中磷酸溶液的浓度为2.5-4mol/L ;反应温度0~5°C ;反应时间为5min-24h，电压为 30-60V。3.根据权利要求1所述的一种在氧化铝模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法，其特征是:步骤2)中磷酸溶液的质量分数3~8%，反应时间5-25min，反应温度为25~35Γ。4.根据权利要求1一种在氧化铝模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法其特征是:步骤4中)反应温度为常温，样品反应时间是10s_30min。5.根据权利要求1所述的一种在氧化铝模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法，其特征是:步骤4)超声的时间在10-24h ;氢氧化钠溶液的质量分数为20%，溶解氧化铝模板时间在2h以上。6.根据权利要求1所述的一种在氧化铝模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法，其特征是:步骤1)中，依次用丙酮和乙醇进行超声清洗。
【专利摘要】本发明提供了一种在氧化铝模板上自还原制备多种金属Janus颗粒的方法，将清洁的铝箔作为阳极，以铅板为阴极，在磷酸溶液中电解，使其表面生成一层氧化铝薄膜，然后将氧化的铝箔浸入磷酸溶液中，获得扩孔后的氧化铝模板，接着将氧化的铝箔放入金属的氯盐溶液中，金属的盐离子在氧化铝模板上还原为金属单质后，将样品在乙醇溶液内超声，即可收集到一面为平面，一面为球形或花瓣等形的金属Janus颗粒。将金属盐离子自还原后的氧化铝样品用氢氧化钠溶液溶解，可获得一半是球状或花瓣状，另一半是棒状的金属Janus颗粒。本发明的方法简单，经济环保，可稳定的大面积的制备小于10微米，且颗粒均匀，形貌各异的多种金属Janus颗粒。
【IPC分类】C25C5/02
【公开号】CN105420761
【申请号】CN201510746413
【发明人】张全生, 张建辉, 张道明, 尹佳佳, 程素贞, 贾李李, 雷天辉, 马可, 张伟
【申请人】上海应用技术学院
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月5日