專利名稱：一種乙二醇體系制備金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的可控合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乙二醇體系制備金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的可控合成方法，它是一種利用乙二醇為溶劑在185°c的加熱條件下，生長均勻的金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的可控合成方法。屬于金屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近20年以來，納米材料研究一直吸引著廣大科學(xué)家的濃厚興趣。由于納米材料的粒徑小、比表面積大、表面活性高等特點，易于發(fā)生團聚而失去原有的特性；結(jié)構(gòu)、成分單一的納米材料在性能上往往也難以滿足實際應(yīng)用需要。為此，可在納米、原子尺度上對材料的結(jié)構(gòu)和成分進行設(shè)計和剪裁納米材料，成為當(dāng)前納米材料研究的重要方向，其中引人注目 的研究熱點之一就是雙元金屬納米結(jié)構(gòu)材料。雙元金屬納米材料不僅集成了兩種金屬元素各自的物理性能，而且由于不同金屬元素間協(xié)同效應(yīng)的存在，往往可以使得雙元金屬納米材料的光學(xué)、磁學(xué)、催化等性能更加優(yōu)異。此外，當(dāng)貴金屬納米材料中引入其他金屬元素時，在提高貴金屬原有物理性能的同時減少了貴金屬元素的消耗，具有重大的科學(xué)價值與意義。目前可用的合成雙元金屬納米材料的方法有固相法、氣相法和液相法三大類。然而由于固相法合成的金屬納米材料表面活性低，氣相法使用設(shè)備復(fù)雜且產(chǎn)量很低；因此，國內(nèi)外廣泛開展了在溶液體系中針對可控合成雙元金屬納米粒子液相法的研究。在常見的雙元金屬納米結(jié)構(gòu)材料中，核殼結(jié)構(gòu)金屬納米材料因其獨特的表面增強拉曼散射效應(yīng)與極好的催化性能而備受關(guān)注。此外，具有生物相容性殼層的核殼結(jié)構(gòu)磁性納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域還有著潛在的應(yīng)用價值。傳統(tǒng)核殼結(jié)構(gòu)金屬納米材料的制備方法存在著價格昂貴，體系復(fù)雜等缺點。本發(fā)明采用檸檬酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、乙二醇作為原材料，反應(yīng)溫度為185°C，成本較低，反應(yīng)過程連續(xù)。本發(fā)明具有工藝簡單、成本低廉的特性。通過控制溶液的前驅(qū)物濃度、反應(yīng)溫度等，可以獲得均勻性較好的具有固定形貌的金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
I、目的本發(fā)明的目的是提供一種乙二醇體系制備金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的可控合成方法。本方法所用配料成本低，所獲得金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的均勻性好，純度高，性能優(yōu)異且具有較好的穩(wěn)定性；克服了現(xiàn)有技術(shù)所需工藝及體系復(fù)雜、成本高的不足。2、技術(shù)方案本發(fā)明為一種乙二醇體系制備金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的可控合成方法，其特征為以乙二醇、檸檬酸鈉和聚乙烯吡咯烷酮的混合溶液作為原料，升溫至185°C，在氮氣保護下，滴入氯金酸溶液，反應(yīng)O. 5小時后，繼續(xù)滴入硝酸鎳溶液，反應(yīng)I小時左右即可得到穩(wěn)定的產(chǎn)物。把黑色產(chǎn)物取出，用酒精清洗，離心分離，即可得到金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)。該方法具體步驟如下步驟一將聚乙烯吡咯烷酮分子量30000加入到乙二醇溶劑中，混合攪拌至溶解；步驟二 將17X 10_3mol/L的檸檬酸鈉水溶液加入到步驟一的乙二醇溶液中，攪拌至混合均勻；步驟三通入氮氣(流量60ml/min)，加熱溶液至185 °C，以300ml/h的速率滴入
2.4X 10_3mOl/L氯金酸的乙二醇溶液，反應(yīng)O. 5h ；步驟四保持加熱溫度不變，以100ml/h的速率加入7. 2X 10_3mol/L硝酸鎳與25X 10_3mol/L氫氧化鈉的混合乙二醇溶液，反應(yīng)60min后制得第一反應(yīng)液；以上具體用量是聚乙烯吡咯烷酮O. 5g，乙二醇溶劑15ml，檸檬酸鈉水溶液1ml，氯金酸的乙二醇溶液5ml，硝酸鎳與氫氧化鈉的混合乙二醇溶液5ml ；步驟五將步驟四制得的第一反應(yīng)液離心轉(zhuǎn)速為IOOOOrpm 15000rpm條件下,離心分離3 IOmin后得到第一產(chǎn)物 步驟六將步驟五中制得的第一產(chǎn)物在超聲波50 IOOMHz中利用三氯甲烷超聲清洗5 IOmin后得到第二產(chǎn)物；步驟七將步驟六中制得的第二產(chǎn)物在超聲波50 IOOMHz中利用分析純酒精超聲清洗5 IOmin后得到第三產(chǎn)物；步驟八將步驟七中制得的第三產(chǎn)物在超聲波50 IOOMHz中利用分析純酒精超聲清洗5 IOmin后得到金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)。3、優(yōu)點及功效本發(fā)明采用簡單易行的濕化學(xué)方法制備金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點在于采用低毒環(huán)保的化學(xué)試劑，成本低；在乙二醇體系下進行反應(yīng)，操作簡單易行，產(chǎn)物的穩(wěn)定性較好。本發(fā)明所得到的金鎳核殼結(jié)構(gòu)可以廣泛用于光學(xué)檢測，制造催化劑、生物醫(yī)學(xué)器件等領(lǐng)域。


圖I (a).金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的XRD圖譜圖I (b).金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的EDX圖譜圖2 (a).金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡圖像圖2 (b).金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的高分辨電子顯微鏡圖像圖3 Ca).金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的零場冷曲線和IOOOe的場冷曲線圖3 (b)金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)在10K、100K、250K和350K溫度下的磁滯回線圖4.本發(fā)明流程框中符號說明如下圖I (a)、(b)中 2Θ 代表布拉格衍射角度，(111) (200) (220) (311) (222)分別標(biāo)注對應(yīng)的晶面的衍射峰位置，Au、Ni、C、O、Cu分別代表金、鎳、碳、氧、銅元素，Energy(KeV)代表能量(千電子伏特)，Counts (a. u.)與Intensity (a. u.)代表相對強度。圖2 (a)、(b)中O. 24nm對應(yīng)著面心立方結(jié)構(gòu)金(111)面的晶格間距，O. 20nm對應(yīng)著面心立方結(jié)構(gòu)鎳(111)面的晶格間距，nm代表納米。圖3 (a)、(b)中ZFC和FC代表零場冷和場冷，T (K)代表溫度(開爾文)，H (KOe)代表磁場強度(千奧斯特)，M (emu/g)磁化強度(電磁單位每克)。圖4中。C代表攝氏度，ml/h代表毫升每小時。
具體實施例方式見圖4，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明。發(fā)明一種乙二醇體系制備金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的可控合成方法，包括有下列步驟步驟一將聚乙烯吡咯烷酮分子量30000加入到乙二醇溶劑中，混合攪拌至溶解；步驟二 將17X 10_3mol/L的檸檬酸鈉水溶液加入到步驟一的乙二醇溶液中，攪拌至混合均勻；步驟三通入氮氣(流量60ml/min)，加熱溶液至185 °C，以300ml/h的速率滴入
2.4X 10_3mOl/L氯金酸的乙二醇溶液，反應(yīng)O. 5h ；步驟四保持加熱溫度不變，以100ml/h的速率加入7. 2X 10_3mol/L硝酸鎳與 25X 10_3mol/L氫氧化鈉的混合乙二醇溶液，反應(yīng)60min后制得第一反應(yīng)液；以上具體用量是聚乙烯吡咯烷酮O. 5g，乙二醇溶劑15ml，檸檬酸鈉水溶液1ml，氯金酸的乙二醇溶液5ml，硝酸鎳與氫氧化鈉的混合乙二醇溶液5ml ；步驟五將步驟四制得的第一反應(yīng)液離心轉(zhuǎn)速為IOOOOrpm 15000rpm條件下,離心分離3 IOmin后得到第一產(chǎn)物步驟六將步驟五中制得的第一產(chǎn)物在超聲波50 IOOMHz中利用三氯甲烷超聲清洗5 IOmin后得到第二產(chǎn)物；步驟七將步驟六中制得的第二產(chǎn)物在超聲波50 IOOMHz中利用分析純酒精超聲清洗5 IOmin后得到第三產(chǎn)物；步驟八將步驟七中制得的第三產(chǎn)物在超聲波50 IOOMHz中利用分析純酒精超聲清洗5 IOmin后得到金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)。見圖I (a)、(b)所示，(a)和(b)為產(chǎn)物的X射線衍射圖譜以及能譜，確定其成分和結(jié)構(gòu)為面心立方相金鎳合金比例為25:75。見圖2 (a)、(b)所示，(a)和(b)為不同放大倍數(shù)下的透射電子顯微鏡圖象，顯示經(jīng)本發(fā)明的制備方法得到的金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的直徑在15nm 20nm，殼層厚度為2 3nm。透射電子顯微圖像證實產(chǎn)物確實為核殼結(jié)構(gòu)，見圖2 (a)和圖2 (b),結(jié)構(gòu)分析表明鎳殼層是延金核的(111)晶面外延生長形成，如圖2 (b)。金鎳納米核殼結(jié)構(gòu)在350K溫度附近出現(xiàn)了超順磁性質(zhì)。圖3(a)為金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的場冷-零場冷曲線，從曲線的趨勢我們可以判斷兩條曲線在小于400K的溫度交匯，表明金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的居里溫度小于400K ;圖3 (b)為金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)在10KU00K、250K和350K的磁滯回線圖，從圖中我們可以看到，金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)在350K時的矯頑力已經(jīng)降到20e，說明在350K的溫度附近金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)具有超順磁特性。
權(quán)利要求
1.一種乙二醇體系制備金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的可控合成方法，其特征在于該方法具體步驟如下 步驟一將聚乙烯吡咯烷酮分子量30000加入到乙二醇溶劑中，混合攪拌至溶解；步驟二 將17X10_3mol/L的檸檬酸鈉水溶液加入到步驟一的乙二醇溶液中，攪拌至混合均勻； 步驟三通入流量為60ml/min的氮氣，加熱溶液至185°C，以300ml/h的速率滴入.2. 4X 10_3mOl/L氯金酸的乙二醇溶液，反應(yīng)O. 5h ； 步驟四保持加熱溫度不變，以100ml/h的速率加入7. 2 X 10^3mol/L硝酸鎳與25X 10_3mol/L氫氧化鈉的混合乙二醇溶液，反應(yīng)60min后制得第一反應(yīng)液； 以上具體用量是聚乙烯吡咯烷酮O. 5g，乙二醇溶劑15ml，檸檬酸鈉水溶液1ml，氯金酸的乙二醇溶液5ml，硝酸鎳與氫氧化鈉的混合乙二醇溶液5ml ； 步驟五將步驟四制得的第一反應(yīng)液離心轉(zhuǎn)速為IOOOOrpm 15000rpm條件下,離心分離3 IOmin后得到第一產(chǎn)物； 步驟六將步驟五中制得的第一產(chǎn)物在超聲波50 IOOMHz中利用三氯甲烷超聲清洗5 IOmin后得到第二產(chǎn)物； 步驟七將步驟六中制得的第二產(chǎn)物在超聲波50 IOOMHz中利用分析純酒精超聲清洗5 IOmin后得到第三產(chǎn)物； 步驟八將步驟七中制得的第三產(chǎn)物在超聲波50 IOOMHz中利用分析純酒精超聲清洗5 IOmin后得到金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種乙二醇體系制備金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)的可控合成方法，有八大步驟一、將聚乙烯吡咯烷酮加入到乙二醇溶劑中混合攪拌至溶解；二、將檸檬酸鈉水溶液加入到上步的乙二醇溶液攪拌均勻；三、通入氮氣，在185℃的溫度下以300ml/h的速率加入氯金酸溶液并反應(yīng)0.5h；四、保持溫度不變，以100ml/h的速率加入硝酸鎳和氫氧化鈉的混合溶液并反應(yīng)1h；五、對上步制得的反應(yīng)液在離心轉(zhuǎn)速為10000rpm～15000rpm下進行3～10min清洗；六、對上步制得的反應(yīng)液在超聲波50～100MHz中利用三氯甲烷清洗5～10min；七、對上步制得的反應(yīng)液在超聲波50～100MHz中利用分析純酒精清洗5～10min；八、對上步制得的反應(yīng)液在超聲波50～100MHz中利用分析純酒精超聲清洗5～10min后得到金鎳核殼納米結(jié)構(gòu)。
文檔編號B22F1/02GK102962474SQ20121053891
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者王榮明, 黃凌峰, 崔益民 申請人:北京航空航天大學(xué)