一种具有花状核壳结构纳米颗粒及其制备方法与流程

本发明属于核壳纳米材料制备技术领域，具体涉及一种具有花状核壳结构纳米颗粒及其制备方法。

背景技术：

近年来，具有可控微结构的磁性核壳纳米材料由于其独特的结构特性，同时整合了内外两种材料的性质，并在界面处产生了奇妙的耦合作用，因而在信息存储技术，催化技术，磁传感和生物医学等大量先进研究领域的具有巨大的潜在应用。同时由于其综合物性深受材料微结构的影响,复合体系的可控合成成为了一个重要的研究方向。随着人们对复合机理研究的深入和实验手段的完善,核壳结构复合材料的制备方法越来越多,从早期的聚合反应、表面改性、共沉积法到后来常用的金属有机盐高温热分解、自组装技术等。但从研究结果来看，目前众多的制备方法要么过程相对繁琐且单一，普适性不够理想，要么所合成的样品颗粒不能呈现一致性，因此找到一种能够既简单又高效地合成一系列核壳纳米材料的制备方法是很有必要的。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有花状核壳结构纳米颗粒及其制备方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：主要分为两步或三步种子法，先合成核心，再以核心作为种子，在其表面生长出花状的氢氧化物壳层，最后进行煅烧得到所需要的金属氧化物。

利用密闭环境下溶剂热法和高温煅烧工艺，以制备γ-fe2o3/nio核壳纳米颗粒为例，具体包括如下步骤：

(1)fe3o4微球核心的溶剂热合成：首先，在室温下将fecl3固体溶解在乙二醇中，磁力搅拌15分钟以形成澄清溶液。随后，加入naoac和聚乙二醇，搅拌15分钟。将形成的澄清溶液迅速转移到100mlteflon衬里的不锈钢高压釜中。其次，将高压釜加热至200℃并在该温度下保持8小时。反应结束后，将得到的混合物自然冷却至室温，用蒸馏水和无水乙醇洗涤黑色沉淀，在80℃下干燥。最后，得到黑色粉末产物是fe3o4微球；

此方法是制备fe3o4微球的经典方法，fecl3和naoac的反应方程式比例为1：3，naoac实验过程中一般过量，乙二醇作为溶剂，聚乙二醇作为表面活性剂，一般适量即可。

(2)fe3o4/ni(oh)2核壳结构合成中间体：首先，将ni(no3)2·6h2o，乙醇和乙二醇混合并搅拌15分钟。在形成澄清的浅绿色溶液后，将fe3o4粉末分散在溶液中并超声分散处理20分钟。然后将形成的混合溶液转移到高压釜中并在160℃下保持8小时。在完成溶剂热反应后，将混合物冷却至室温，并使用蒸馏水和无水乙醇将所得沉淀物洗涤数次。最后，将产物在80℃下在烘箱中在真空下干燥24小时，并将所得物质进行研磨，形成的样品是fe3o4/ni(oh)2核壳结构；

乙醇和乙二醇作为溶剂，控制fe3o4和ni(no3)2·6h2o的摩尔比可以控制所制得的核壳颗粒的形貌，优选为1：0.5～1：7，制备的核壳结构形貌稍有不同。

(3)形成花状γ-fe2o3/nio核壳纳米结构最终产物：为了获得最终产物，将获得的fe3o4/ni(oh)2核壳结构中间体以5℃/min速度加热至300℃并保持该温度在空气氛围中煅烧3小时。在此过程中，ni(oh)2壳转化为nio，同时，fe3o4球变为γ-fe2o3，最终形成花状γ-fe2o3/nio核壳纳米结构样品。

本发明的制备过程中：步骤主要分为两步或三步种子法，先合成核心，再以核心作为种子，在其表面生长出花状的氢氧化物壳层，最后进行煅烧得到所需要的金属氧化物。

本发明制备的具有花状核壳结构纳米颗粒，具有核壳结构且形貌类似花状；所述核壳结构，核心与壳层为不同物质，核心被壳层包裹；所述形貌类似花状，即所制备的纳米颗粒壳层由纳米片组成，嵌在核心的表面形成花状；所述的核心和壳层物质多为金属(锰铁钴镍等)氧化物。

有益效果：本发明提供的具有花状核壳结构纳米颗粒及其制备方法，与现有技术相比，具有以下优势：

1.本发明提出的具有花状核壳结构纳米颗粒的制备方法，解决了传统金属有机盐高温热分解制备方法造成的颗粒形貌不均匀的问题；

2.有效的制备出了具有花状形貌特色的核壳纳米颗粒。

附图说明

图1是本发明的花状γ-fe2o3/nio核壳纳米结构样品合成工艺示意图；

图2是本发明实施例1制备的γ-fe2o3/nio样品的透射电子显微镜图像；

图3是本发明实施例1制备的γ-fe2o3/nio样品的扫面电子显微镜图像；

图4是本发明实施例2制备的γ-fe2o3/nio样品的扫面电子显微镜图像；

图5是本发明实施例3制备的γ-fe2o3/nio样品的扫面电子显微镜图像。

具体实施方式

现结合附图1和3个实施例对本发明做进一步的详细说明。本发明提出一种具有花状核壳结构纳米颗粒的制备方法，有效合成了形貌呈现花状且样品颗粒均匀整齐的核壳纳米颗粒。本发明的具体步骤如图1所示。

实施例1：

一种具有花状核壳结构纳米颗粒的制备方法

一、方法的具体步骤

(1)fe3o4微球核心的溶剂热合成：首先，在室温下将0.811gfecl3固体溶解在40ml乙二醇中，磁力搅拌15分钟以形成澄清溶液。随后，加入3.6gnaoac和1.0g聚乙二醇，剧烈搅拌15分钟。将形成的澄清溶液迅速转移到100mlteflon衬里的不锈钢高压釜中。其次，将高压釜加热至200℃并在该温度下保持8小时。反应结束后，将得到的混合物自然冷却至室温，用蒸馏水和无水乙醇洗涤黑色沉淀，在80℃下干燥。最后，得到黑色粉末产物是fe3o4微球；

(2)fe3o4/ni(oh)2核壳结构合成中间体：首先，将1.163gni(no3)2·6h2o，28ml乙醇和12ml乙二醇混合并搅拌15分钟。在形成澄清的浅绿色溶液后，将0.464gfe3o4粉末分散在溶液中并超声分散处理20分钟。然后将形成的混合溶液转移到高压釜中并在160℃下保持8小时。在完成溶剂热反应后，将混合物冷却至室温，并使用蒸馏水和无水乙醇将所得沉淀物洗涤数次。最后，将产物在80℃下在烘箱中在真空下干燥24小时，并将所得物质进行研磨，形成的样品是fe3o4/ni(oh)2核壳结构；

(3)形成花状γ-fe2o3/nio核壳纳米结构最终产物：为了获得最终产物，将获得的fe3o4/ni(oh)2核壳结构中间体以5℃/min速度加热至300℃并保持该温度在空气氛围中煅烧3小时。在此过程中，ni(oh)2壳转化为nio，同时，fe3o4球变为γ-fe2o3，最终形成花状γ-fe2o3/nio核壳纳米结构样品。

二、形貌测试

形貌测试组要分为两种手段:透射电子显微镜技术和扫描电子显微镜技术。透射电子显微镜技术主要查看所制备样品颗粒是否为典型的核壳结构，扫描电子显微镜技术主要查看样品颗粒的是否呈现花状，并确定样品颗粒的均匀性和整齐性。图2和3所示为透射电子显微镜和扫描电子显微镜测试图像，由图可知，所制得样品颗粒呈现明显的均匀的花状核壳结构。

实施例2：

一种具有花状核壳结构纳米颗粒的制备方法

一、方法的具体步骤

本实施例的制备方法除步骤(2)与实施例1不同，其余重复实施例1中的步骤，具体工艺如下：

(1)fe3o4微球核心的溶剂热合成：重复实施例1的(一)中的步骤(1)；

(2)fe3o4/ni(oh)2核壳结构合成中间体：首先，将1.163gni(no3)2·6h2o，28ml乙醇和12ml乙二醇混合并搅拌15分钟。在形成澄清的浅绿色溶液后，将0.232gfe3o4粉末分散在溶液中并超声分散处理20分钟。然后将形成的混合溶液转移到高压釜中并在160℃下保持8小时。在完成溶剂热反应后，将混合物冷却至室温，并使用蒸馏水和无水乙醇将所得沉淀物洗涤数次。最后，将产物在80℃下在烘箱中在真空下干燥24小时，并将所得物质进行研磨，形成的样品是fe3o4/ni(oh)2核壳结构；

(3)形成花状γ-fe2o3/nio核壳纳米结构最终产物：重复实施例1的(一)中的步骤(3)；

二、形貌测试

重复实施例1中的步骤二。

所制得的样品颗粒扫描电子显微镜测试图像由图4所示，由图可知，所制得样品颗粒同样呈现出明显的均匀的花状核壳结构。

实施例3：

一种具有花状核壳结构纳米颗粒的制备方法

一、方法的具体步骤

本实施例的制备方法除步骤(2)与实施例1不同，其余重复实施例1中的步骤，具体工艺如下：

(1)fe3o4微球核心的溶剂热合成：重复实施例1的(一)中的步骤(1)；

(2)fe3o4/ni(oh)2核壳结构合成中间体：首先，将1.163gni(no3)2·6h2o，28ml乙醇和12ml乙二醇混合并搅拌15分钟。在形成澄清的浅绿色溶液后，将0.116gfe3o4粉末分散在溶液中并超声分散处理20分钟。然后将形成的混合溶液转移到高压釜中并在160℃下保持8小时。在完成溶剂热反应后，将混合物冷却至室温，并使用蒸馏水和无水乙醇将所得沉淀物洗涤数次。最后，将产物在80℃下在烘箱中在真空下干燥24小时，并将所得物质进行研磨，形成的样品是fe3o4/ni(oh)2核壳结构；

(3)形成花状γ-fe2o3/nio核壳纳米结构最终产物：重复实施例1的(一)中的步骤(3)；

二、形貌测试

重复实施例1中的步骤二。

所制得的样品颗粒扫描电子显微镜测试图像由图5所示，由图可知，所制得样品颗粒同样呈现出明显的均匀的花状核壳结构。

本发明可以通过控制反应物的比例来获取形貌带有差异的核壳颗粒，它们之间的颗粒粒径也存在差异，通过nanomeasurer软件对序列所有的核壳颗粒进行了手工测量，大致在328±15.4nm到386±19.2nm。

本发明提出的具有花状核壳结构纳米颗粒的制备方法，高效且可复制，不仅解决了传统金属有机盐高温热分解制备方法造成的颗粒形貌不均匀的问题，还有效的制备出了具有形貌特色的核壳纳米颗粒。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。