[发明专利]一种过渡金属氨配合物功能化聚多巴胺及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种过渡金属氨配合物功能化聚多巴胺及制备方法与应用。过渡金属氨配合物功能化的聚多巴胺由过渡金属氨配合物离子与多巴胺反应得到；过渡金属镶嵌的氮掺杂石墨碳复合材料为过渡金属氨配合物功能化的聚多巴胺经过热处理得到。本发明提供的过渡金属氨配合物功能化的聚多巴胺，具有强力均匀包覆能力，在纳米涂层领域有良好的应用前景。本发明提供的过渡金属镶嵌的氮掺杂石墨碳复合材料，活性金属均匀镶嵌，纳米孔结构丰富，比表面积大，活性位点丰富，导电性好，在导电材料、锂电池负极材料、金属‑空气电池正极材料、氧还原反应催化剂、氢析出反应催化剂及氧析出反应催化剂等领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，更具体地，涉及一种过渡金属功能化聚多巴胺纳米涂层的制备方法，主要包括过渡金属氨配合物功能化的聚多巴胺、过渡金属镶嵌的氮掺杂石墨碳复合材料及它们的制备方法与应用。

背景技术

多巴胺是生物体内用来帮助细胞传送脉冲的神经传导物质，在碱性水溶液环境下，易发生氧化自聚形成聚多巴胺。自2007年Haeshin Lee等人在Science发表了题为“Mussel-inspired chemistry for multifunctional coatings”(Science,2007,318,426-430)的论文以来，聚多巴胺逐渐走进了科学家们的视野，并在近十年时间里迅速成为材料科学研究的宠儿。由于其表面丰富的官能团(-NH₂，-OH)，聚多巴胺对于多种材料，包括传统上认为较难修饰的低能表面均具有优异的黏附性，并通过氧化聚合过程形成多功能性涂层。目前，关于聚多巴胺的应用研究，主要集中在包括生物矿化、生物相容性表面改性、纳米材料功能化、锂离子电池、传感器、催化剂等领域。

传统的聚多巴胺功能化，主要是在多巴胺单体自聚形成聚多巴胺后，利用其对亲核试剂的固有化学反应、对过渡金属离子的螯合作用和氧化还原活性，将其他功能基团负载在聚多巴胺表面。此传统的聚多巴胺功能化方法，尤其是涉及到过渡金属离子的聚多巴胺功能化，存在两种常见的问题：(1)负载在聚多巴胺表面的功能基团与聚多巴胺之间结合不够紧密，稳定性有待改善；(2)功能化的聚多巴胺其本征性质发生改变，例如黏附性降低，其作为多功能性涂层的作用降低乃至消失等。

发明内容

本发明解决了现有技术中聚多巴胺功能化过程中与功能基团结合不紧密，且聚多巴胺本征性质易发生改变的技术问题。

本发明公开的一种过渡金属氨配合物功能化的聚多巴胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)分别配制溶液A和溶液B，溶液A的配制方法为将模板分散于盐酸多巴胺水溶液中，得到模板均匀分散的悬浊液；所述模板为不与浓氨水发生反应的氧化物、氢氧化物或碱式碳酸盐的纳米结构材料；溶液B的配制方法为将过渡金属盐溶解于浓氨水溶液中，得到过渡金属氨配合物溶液；

(2)将步骤(1)中得到的溶液A和溶液B混合后，反应2h-48h，离心后将沉淀物进行干燥，即得到过渡金属氨配合物功能化的聚多巴胺。

优选地，步骤(1)所述的模板为二氧化硅、羟基氧化铁、氢氧化钴、氢氧化镍或碱式碳酸钴的纳米结构材料。

优选地，步骤(1)所述的盐酸多巴胺水溶液的浓度0.5mg/ml-10mg/ml；

优选地，步骤(1)所述的模板与盐酸多巴胺水溶液的质量体积比为0.2mg/ml-5mg/ml。

优选地，步骤(1)所述的过渡金属盐为六水合氯化钴、六水合氯化镍、五水合硫酸铜或七水合硫酸锌；

优选地，步骤(1)所述的过渡金属盐与浓氨水的质量体积比为4mg/ml-80mg/ml。