[发明专利]一种高分散度的空心反摇铃型铜/二氧化硅核壳纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于先进纳米复合材料与技术领域，具体涉及一种高分散度的空心反摇铃型铜/二氧化硅核壳纳米颗粒及其制备方法。

技术背景

近年来，由于核壳纳米颗粒的易设计性，包括核壳材料的选择，壳层孔隙率及孔结构的控制，以及他们在催化、医药、环保以及储能等领域广阔的应用前景，核壳纳米颗粒引起国内外研究学者极大的兴趣。其中，作为催化剂和吸附性材料，具有高的活性金属分散度以及空心核壳结构，能够允许反应物穿过核壳材料，增大活性金属的利用率，提高传质效率，从而提高核壳材料的性能。

目前，合成高分散度空心核壳纳米颗粒的方法主要是通过模板法。即先用浸渍法或化学沉淀法等在核层或内壳层表面包裹一层活性金属，然后再包裹一层材料作为最外壳层，最后再用焙烧或者腐蚀的方法除去核层材料，形成高分散空心核壳结构纳米颗粒(Q.Liu,Q.Cao,H.Bi,C.Liang,K.Yuan,W.She,Y.Yang,and R.Che,Adv.Mater.,28,486-490,2016；J.Han,L.Wang,and R.Guo,J.Mater.Chem.,22,5932-5935,2012；Z.Zhang,Y.Zhou,Y.Zhang,S.Xiang,S.Zhou,and X.Sheng,RSC Adv.,4,7313-7320,2014；C.Zhang,Y.Zhou,Y.Zhang,Q.Wang,and Y.Xu,RSC Adv.,5,12472-12479,2015；Q.Wang,Y.Zhang,Y.Zhou,Z.Zhang,C.Zhang,and Y.Xu,J.Inorg.Organomet.P.,26,702-710,2016；C.Zhang,Y.Zhou,Y.Zhang,Z.Zhang,Y.Xu,and Q.Wang,RSC Adv.,5,64951-64960,2015；T.Yao,T.Cui,H.Wang,L.Xu,F.Cui,and J.Wu,Nanoscale,6,7666-7674,2014.)。此方法通常比较繁琐，还需要用强酸(氢氰酸，盐酸等)，强碱(氢氧化钠等)作为腐蚀剂。另外，由于壳层材料被腐蚀掉，造成材料利用率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种形貌均一、具有高分散度的空心反摇铃型铜/二氧化硅核壳纳米颗粒以及简易的制备方法。由于该空心反摇铃型核壳纳米颗粒的形貌均一、金属分散度高、比表面积高等优点，在吸附分离以及催化领域等有重要的应用前景。

本发明所提出的一种高分散度的空心反摇铃型铜/二氧化硅核壳纳米颗粒的制备方法如下：首先采用高温分解法合成形貌、尺寸均匀的铜纳米颗粒。然后用环己烷/氨水反相微乳液法，在铜纳米颗粒表面包覆一层均匀的二氧化硅，形成铜/二氧化硅核壳结构，最后，利用水热法，在碱性条件下处理，得到高分散度的空心反摇铃型铜/二氧化硅核壳纳米颗粒。该空心反摇铃型核壳纳米颗粒具有高的铜金属分散度、形貌均一、高的比表面积等优点，加入适当溶剂洗涤、离心分离除去碱性、酸性物质，干燥即可。

所合成的空心反摇铃型核壳纳米颗粒大小为16nm～40nm，比表面积为50m².g^-1～210m².g^-1；其中：

高温分解法合成的铜纳米颗粒的粒径为10nm～30nm，二氧化硅的厚度为3nm～15nm。合成的空心反摇铃型核壳纳米颗粒中，铜纳米颗粒分散于二氧化硅内表面，粒径为1nm～5nm。

本发明中，高温分解法采用的铜前驱体是乙酰丙酮铜，醋酸铜，草酸铜，油酸铜中的一种或几种。

本发明中，高温分解法还原剂是油胺或油酸中的一种或几种。

本发明中，高温分解法稳定剂为三辛基膦，五辛基膦中的一种或几种。

本发明中，高温分解法溶剂为十八烯中的一种或几种。

本发明中，高温分解法的分解温度控制在200～250度。

本发明中，反相微乳液法所用硅源采用正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅酸钠中的一种或几种。