利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法

本发明涉及反相细乳液胶体、烧结处理等领域，特别涉及一种利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法。

背景技术：

1、掺杂是多种物质混杂在一起，掺杂通常是用于改变材料的化学成分。在化工、材料等领域中，掺杂通常是指为了改善某种材料或物质的性能，有目的在这种材料或基质中，掺入少量其他元素或化合物。掺杂可以使材料、基质产生特定的电学、磁学和光学等性能，从而使其具有特定的价值或用途。掺杂可以改变材料电子结构，调制其带隙大小、导电性、磁性、光催化性能等，使得材料的性能得以改良，满足新的应用需求。因此，掺杂在材料学、电子学、化学和能源领域等得到了广泛应用。掺杂在材料科学和工程中被广泛应用于高分子材料、金属材料、半导体材料、电池材料、催化材料等领域。

2、掺杂按照材料的化学成分和处理方式可分为离子掺杂、原子掺杂、空位掺杂和化学掺杂。其中，化学掺杂包括沉积、溶液法、气相法等方法，化学法所形成的杂质具有特定的晶体结构和分布规律，属于有序掺杂，但是，现有的掺杂方法在制备纳米粒径的掺杂材料还存在不足，如粒径大于100纳米，容易团聚。

技术实现思路

1、本发明目的是利用水性氨基聚合物为分散相的反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶材料。

2、以上方法按照下述步骤进行：

3、(1)氨基聚合物溶液为分散相的反相细乳液的制备：

4、室温下，将定量一定浓度的氨基聚合物水溶液和定量油性溶液混和后，在高速剪切机下冰水冷却条件下进行粉碎，高速剪切机粉碎固定时间后即可得到氨基聚合物溶液为分散相的反相细乳液胶体。

5、其中，氨基聚合物为单甲氧基聚环氧乙烷氨或氨基聚乙二醇，均为市售成品，相对质均分子量为2000-5000；油性溶剂为c4。

6、氨基聚合物水溶液的质量浓度为1-3％，氨基聚合物水溶液和油性溶剂的质量比为10:50-80。

7、高速剪切机转速为2万转/分钟，粉碎时间为5分钟，温度控制10℃。

8、(2)基体金属盐溶液为分散相的反相细乳液的制备：

9、室温条件下，将定量某种或几种可溶性金属盐的水溶液、乳化剂和油性溶剂混合转移至超声波生物粉碎机中粉碎固定时间，完成基体金属盐溶液为分散相的细乳液的制备。

10、其中，某种或几种可溶性金属盐为铁、铬、镉或铜等可溶性硝酸、盐酸或硫酸盐的水溶液；油性溶剂为c4；乳化剂为span80。

11、可溶性金属盐水溶液的质量浓度为1-3％，可溶性金属盐水溶液、乳化剂和油性溶剂质量比为10:0.3:50。

12、超声波生物粉碎机250w功率，每次粉碎5分钟。

13、(3)氨基聚合物反相细乳液液滴内形成掺杂纳米材料前驱体：

14、室温下，将定量一定浓度水溶性掺杂金属盐一次性加入至定量的步骤(1)制备的氨基聚合物反相细乳液中，移至超声波生物粉碎机中粉碎固定时间；然后滴加定量步骤(2)基体金属盐溶液的反相细乳液至已加入水溶性掺杂金属盐的氨基聚合物反相细乳液中，再次粉碎固定时间，完成掺杂纳米材料前驱体在氨基聚合物反相细乳液液滴内的制备。

15、其中，水溶性掺杂金属盐为功能硝基盐类，如硝酸锶、硝酸钐或硝酸铕等，质量浓度为1-3％。水溶性掺杂金属盐、步骤(1)制备的反相细乳液和步骤(2)制备的反相细乳液的质量比为0.1-0.5:50:10,滴加速度为10％水溶性掺杂金属盐质量份数/分钟。超声波生物粉碎机250w功率每次粉碎5分钟。

16、(4)掺杂纳米材料的制备

17、将掺杂纳米材料前驱体的聚合物反相细乳液在加热作用下搅拌，浓缩至膏状物。将膏状物转移至坩埚，进行烧结一定时间，得到固体粉末即为掺杂纳米材料。

18、加热温度为60-70℃，浓缩至原有乳液重量的20-30％；烧结温度为400-500℃，时间为2-3小时。

19、本发明通过利用氨基聚合物选择性吸附金属离子，构成掺杂纳米材料前驱体的反相细乳液；而后利用浓缩和烧结的方法制备掺杂纳米晶材料。此方法制备掺杂纳米晶在光电转化、电池材料以及催化等领域有着潜在应用前景。发明具有以下优点：

20、利用水溶性氨基聚合物端氨基选择吸附金属离子形成反相细乳液胶体粒子；反相细乳液胶体粒子中的氨基聚合物支撑掺杂纳米材料前驱体在烧结过程中保持了掺杂纳米晶粒径均匀、稳定不易团聚，晶体平均粒径10-30纳米，分散性良好。

技术特征：

1.一种利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

2.如权利要求1所述的利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法，其特征在于，步骤(1)氨基聚合物为单甲氧基聚环氧乙烷氨或氨基聚乙二醇，相对质均分子量为2000-5000；油性溶剂为c4。

3.如权利要求1所述的利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法，其特征在于，步骤(1)氨基聚合物水溶液的质量浓度为1-3％，氨基聚合物水溶液和油性溶剂的质量比为10:50-80。

4.如权利要求1所述的利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法，其特征在于，步骤(1)高速剪切机转速为2万转/分钟，粉碎时间为5分钟，温度控制10℃。

5.如权利要求1所述的利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法，其特征在于，步骤(2)金属盐为铁、铬、镉或铜的可溶性硝酸、盐酸或硫酸盐水溶液中的一种或几种；油性溶剂为c4；乳化剂为span80。

6.如权利要求1所述的利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法，其特征在于，步骤(2)金属盐水溶液的质量浓度为1-3％，可溶性金属盐水溶液、乳化剂和油性溶剂的质量比为10:0.3:50；超声波生物粉碎机250w功率，每次粉碎5分钟。

7.如权利要求1所述的利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法，其特征在于，步骤(3)水溶性掺杂金属盐为硝酸锶、硝酸钐或硝酸铕，水溶性掺杂金属盐水溶液的质量浓度为1-3％；水溶性掺杂金属盐、步骤(1)制备的反相细乳液和步骤(2)制备的反相细乳液的质量比为0.1-0.5:50:10，滴加速度为10％水溶性掺杂金属盐质量份数/分钟；超声波生物粉碎机250w功率每次粉碎5分钟。

8.如权利要求1所述的利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法，其特征在于，步骤(4)加热温度为60-70℃，浓缩至原有乳液重量的20-30％；烧结温度为400-500℃，时间为2-3小时。

9.一种如权利要求1-8任一项所述方法制备的掺杂纳米晶。

技术总结
本发明涉及反相细乳液胶体、烧结处理等领域，特别涉及一种利用氨基聚合物反相细乳液胶体制备掺杂纳米晶的方法。先制备氨基聚合物溶液为分散相的反相细乳液，再制备基体金属盐溶液为分散相的反相细乳液，然后在氨基聚合物反相细乳液液滴内形成掺杂纳米材料前驱体，最后制得掺杂纳米材料。利用氨基聚合物选择性吸附金属离子，构成掺杂纳米材料前驱体的反相细乳液，而后利用浓缩和烧结的方法制备掺杂纳米晶材料。此方法制备掺杂纳米晶在光电转化、电池材料以及催化等领域有着潜在应用前景。

技术研发人员：张震乾
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15