[发明专利]聚合物包覆的二元双功能纳米簇核壳微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能纳米微粒组装技术领域，具体涉及一种以纳米微粒为结构基元、微乳液液滴为模板制备二元纳米簇，并通过表面引发聚合制备以二元纳米簇为核，聚合物为壳的复合纳米簇的新方法。

背景技术

经过二十余年的发展，纳米科学已经成为涉及物理、化学、材料、生命科学等诸多领域的交叉学科。作为纳米材料的代表，无机纳米微粒具有独特的量子尺寸效应，它们的性质强烈依赖尺寸，在光、电、磁、催化，生命科学等领域都展现出诱人的应用前景。深入研究表明，使用单一功能的纳米微粒已无法满足相关研究对新材料的需求，需要将已有纳米微粒作为结构基元进行组合装配，实现对原功能的集成和整合。三维组装被证明能在微乳液液滴中进行，得到由几百个微粒组成的悬浮在水中的纳米簇。纳米簇是微粒组装体，保持了微粒原有的纳米尺寸效应和性能，他们的尺寸可以在几十纳米到几个微米范围内调节，区别于体相材料和纳米微粒，潜在应用于生物、光电、催化等领域。虽然纳米簇有很多优势，但目前制备出的纳米簇仅限于单一功能，远没有实现多功能集成。另外纳米簇结构稳定性问题还没有解决，制备好的纳米簇仅能保持两周左右，离实际应用还有相当大的距离。

将功能纳米微粒与高分子材料结合是优化微粒功能和对高分子改性的重要手段，已成为目前纳米科学和高分子科学的重要研究方向。以往工作表明，纳米微粒与高分子复合后具有很多优点：用高分子材料保护微粒可以显著提高其稳定性；高分子作为介质可以将不同功能的微粒集成在一起，并合理引入高分子自身的功能；高分子材料具有特殊的长链结构，可熔融、溶胀、拉伸，利用这一特点能对微粒的功能进行调节，甚至获得新功能等。本发明就是要充分发展纳米簇的优势，实现在构筑多功能复合纳米簇方面的突破，推动纳米复合材料在生物、催化、传感、光电等领域的应用。

发明内容

本发明的目的就是建立一种制备稳定的聚合物包覆的二元纳米簇核壳结构微球的方法。采用此方法制备的复合纳米簇结构稳定，可放置半年以上不发生改变。

本发明包括以下步骤：1，制备油溶性纳米微粒；2，制备二元纳米簇；3，通过表面引发聚合方法在二元纳米簇核表面包覆聚合物壳层。

具体来说，本发明的步骤如下

1)制备油溶性纳米微粒

通过两相法合成油溶性Au纳米微粒溶液、Ag纳米微粒溶液、Pt纳米微粒溶液或Pd纳米微粒溶液，如图1(a)、1(c)、1(d)所示；或通过高温热解法合成油溶性Fe₃O₄纳米微粒溶液或NaYF₄纳米微粒溶液，如图1(b)、(f)、(g)、(h)所示；或通过相转移法合成油溶性CdTe纳米微粒溶液、ZnSe纳米微粒溶液或CdSe纳米微粒溶液，如图1(e)所示；然后将油溶性纳米微粒溶液中的有机溶剂挥发除去，再加入甲苯或氯仿进行溶解，从而得到浓度为5～10mg/mL的甲苯相或氯仿相的油溶性纳米微粒；

2)制备表面活性剂包覆的二元纳米簇

将步骤1制备的两种甲苯相或氯仿相的油溶性纳米微粒0.1～2.5ml混合均匀，将得到的二元纳米微粒溶液与浓度为0.007～0.028g/ml的表面活性剂的水溶液以体积比1∶1～1∶10的比例混合，搅拌或超声处理使其形成微乳液；然后在55～70℃温度下搅拌挥发有机溶剂，待有机溶剂挥发完全，将溶液搅拌冷却至室温，通过离心的方法将形成的二元纳米簇分离出来，再将产物用1～5ml去离子水溶解离心纯化，用0.5～1ml去离子水分散溶解，得到由表面活性剂稳定的二元纳米簇溶液；

二元纳米簇的尺寸通过调节表面活性剂的用量以及纳米微粒的浓度进行调控，表面活性剂的用量越多，二元纳米簇的尺寸越小；纳米微粒的浓度越大，二元纳米簇的尺寸越大，二元纳米簇的直径可在50～1000nm的范围内任意调节。

将上述由表面活性剂稳定的二元纳米簇溶液在搅拌的条件下加入到5ml含有0.5g聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的乙二醇溶液中，搅拌10～20min后加入0.5ml质量分数为1％的明胶的水溶液，在70～80℃搅拌反应1～3h；待反应结束后，将溶液搅拌冷却至室温，通过离心的方法将PVP修饰的二元纳米簇分离，将产物用1-5ml去离子水溶解离心纯化；

3)制备聚合物包覆的二元纳米簇