[发明专利]碳点辅助合成多组分铁基纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种碳点辅助合成多组分铁基纳米复合材料的制备方法，该方法将CDs作为一个强大的平台，与特定的前驱体/添加剂同时进行多种化学反应，凭借其表面反应活性，CDs在高温下主导铁离子向零价铁的转化，同时，零价铁与硫酸根和氨气反应形成新的相结构。本发明公开的碳点辅助合成多组分铁基纳米复合材料的制备方法中，所有的化学反应和成核过程都局限在CDs表面，可以有效抑制CDs之间晶核的生长和团聚，所得到的多组分铁基纳米复合材料可以同时活化H₂O₂和PS，可以不需要任何能源消耗的情况下，有效降解四环素类抗生素类染物。

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种碳点辅助合成多组分铁基纳米复合材料的制备方法。

背景技术

纳米复合材料将两个或更多不同的组件组合在一个纳米系统上，代表了一种自下而上的设计策略，用于设计性能更优以及多功能集成的先进结构。这样的性能源自于不同材料的融合。尽管已经合成多种的纳米复合材料，其中的组合和协同效应已经在其光学、电子和催化性能方面得到了证实，但制备具有多组分以及可控形貌尺寸的杂化材料仍然是当前研究的难点和热点。

作为一种无毒元素量子点，碳点(CDs)在生物成像、药物传递、传感器、功能材料、污染物降解和催化等领域的应用日益受到人们的关注，碳点的日益普及也可以通过其快速、简便和廉价的合成路线、大规模生产的可扩展性以及可调节的表面结构来验证。通常，CDs由含氧和/或含氮基团包围的石墨芯组成，这赋予它与周边环境独特的化学行为，这些化学行为包括识别/结合、反应性和氧化还原性等。例如，通过CDs表面活性基团不同的亲和力，特定的CDs被用来设计探针，可以灵敏和选择性地检测各种金属离子，如Fe^2+/3+，Cu²⁺，Hg²⁺，Pb²⁺等。这些金属离子通常通过表面吸附和电子/能量转移引起CDs荧光的变化。此外，CDs的电子给体能力使其在光照射或水热反应条件下将贵金属或铜盐还原为元素金属。因此，CDs作为耦合组件出现，通过协同作用以构建具有超越单个组件特性的混合纳米结构。而且，CDs可以在高温下通过表面基团反应拼接成二维(2D)碳纳米片，从而有效地防止表面形成晶核在其他方向上的生长和聚集。通过这种方法，各种碳基杂化材料有望被设计成具有优异稳定性和活性的新型结构。除了作为异质形核剂和载体的基本作用之外，CDs的反应活性还有可能促进纳米复合材料形成多组分以促进其催化性能。

发明内容

为进一步提高纳米复合材料的催化性能，本发明采用的技术方案是：

碳点辅助合成多组分铁基纳米复合材料的制备方法，采用以下步骤：

步骤1将0.1～0.15g碳点粉末和0.2224～0.3336g硫酸亚铁加入到20mL去离子水中，在25℃～35℃、频率20～30KHz环境下超声分散0.5～1h，得到碳点-硫酸亚铁混合溶液；

步骤2将20～40mL体积浓度为25v/v％的氨水加入到步骤1获得的碳点-硫酸亚铁混合溶液中，并在25℃～35℃、频率20～30KHz环境下超声分散0.5～1h，然后将上述超声分散后的混合溶液放入电热鼓风干燥箱中，在70～90℃环境下烘干，得到深褐色固体；

步骤3将步骤2得到的深褐色固体在研钵中充分研磨0.25～0.5h，得到深褐色粉末；

步骤4将步骤3研磨得到的深褐色粉末置于管式炉中，在700～900℃、氩气保护下煅烧2～4h，管式炉的升温速率为5～10℃/min，氩气流量为20～40sccm，然后将管式炉自然冷却到室温，最终得到多组分铁基纳米复合材料。

所述CDs粉末依据专利ZL201610534465.4公开的利用煤质沥青制备多色发光可调碳点的方法，采用甲酸与双氧水选择性刻蚀煤沥青获得。

将所述硫酸亚铁替换为硫酸镍盐、硫酸钴盐，可以实现多组分镍基、钴基等纳米复合材料的制备。