制备聚苯胺包覆四氧化三铁的中文翻译

黑莓状核-壳Fe3O4@PANI微球的制备

摘要：

本文通过简单的原位聚合方法制备出黑莓状核-壳超顺磁性四氧化三铁(Fe3O4) @聚苯胺(PANI)微球。通过调节反应时间和单体浓度可以控制聚苯胺壳层的厚度，在沉积过程中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)发挥着重要的作用。本文所提供的方法可以扩展到制备其它磁性—传导性的核—壳复合材料，并且这些独特的核—壳微球结构可以在催化剂载体以及生物医学领域有所应用。

1引言

核—壳结构的粒子[1]，特别是磁性纳米复合材料[2]，作为新一代纳米材料因具有优良的磁感应性，低细胞毒性，化学负表面而受到更多的关注。其中的超顺磁性粒子在无外磁场时处于完全退磁状况，基于这种性质[3]，超顺磁性核—壳粒子在生物分子的磁共振成像及高温、分离、精制方面和药物释放、催化等领域[4]获得广泛的应用。

这些应用中，功能外壳材料经常被用作保护层来保证内部磁芯的稳定性以及发挥常见功能如外壳粒子导电、生物相容性、惰性、亲水性、疏水性等[5]。聚苯胺与适当掺杂剂组成的传导组织，具有独特还原性和高电导率，是一种重要的材料[6]，聚苯胺粒子在气体传感器和电感器等方面也有多种应用[7]。所以，近来学者们研究了大量的传导性优良的有机—无机的核—壳结构纳米复合材料[8]。在这些研究中，将不溶且传导优良的聚苯胺层包裹无机的磁芯材料构成一类兼有超顺磁性和传导优良聚合物的混合物成为材料科学一个热点课题[9]。

近些年来，双功能的Fe3O4@PANI微球的因优异磁性和传导性在纳米材料领域得到了广泛关注。Wan 等[10]用化学聚合方法做了一系列聚苯胺的纳米复合材料。Deng等[11]报道了一篇在水溶液中原位聚合方法制备Fe3O4@PANI微球，它由Fe3O4纳米粒子和外表PANI壳层构成。Peng的团队[12]研究用过氧二硫酸钠氧化聚合苯胺来制备铁氧磁体Fe3O4@PANI的复合物，粒子多分散性，平均粒径为

20nm~30nm。这些产物中，尺寸小于10nm的Fe3O4[13]因磁化率低很有价值，因为它们的超顺磁性可以削弱因磁化力导致的粒子团聚。然而，这些制备方法缺陷是所得粒子尺寸波动；磁性粒子纳米级的团聚也使纳米级微球中磁性分布不均匀；而且，它们中有许多的磁饱和强度较低，导致其在磁场中反应差。所以，制备具

有高磁饱和强度和明确核—壳结构的超顺磁性Fe3O4@PANI纳米微粒很有价值。

目前为止，用天然或合成高分子来有效涂覆磁性粒子仍然是一个挑战，这是因为磁粉表面亲水,但聚合物疏水。所以寻找一种新实验方法把聚苯胺直接涂覆在Fe3O4粒子表面仍有困难，本文就此介绍一种原位聚合来制备Fe3O4@PANI微球的新方法。通过表面改性，得到了超顺磁性Fe3O4的含量高且具有明确类似黑莓结构的Fe3O4@PANI微球。尽管本文是讲述以Fe3O4作为核及聚苯胺做壳层，但是核也可以是铁、γ-Fe2O3、钴、镍及铁酸盐，壳层可以是其它传导性优良的材料，例如聚吡咯、聚噻吩等。

2实验部分

2.1实验材料

分析纯：

FeCl3 ·6H2O、CH3COONa、C2H6O2、氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、无水乙醇(95 wt %)、(NH4)2S2O8(APS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP; 30 kDa, 95 wt %)(国药集团化学试剂有限公司)、苯胺(购买于北京兴津化工厂,并在使用之前低压蒸馏)、加倍去离子水。

2.2实验步骤

2.2.1Fe3O4颗粒的合成与化学改性

热溶解反应制磁性Fe3O4颗粒

⑴取FeCl3 ·6H2O(1.35g)和CH3COONa(3.6g)溶于C2H6O2(40ml)，磁力搅拌。

⑵将得到的黄色溶液移至聚四氟乙烯制成的不锈钢高压釜并密封加热至200℃，反应8小时后，将其冷却至室温。

⑶用乙醇将得到的黑色磁性颗粒清洗六次并在真空60℃下干燥12小时。

APTES对磁性Fe3O4化学改性

⑷将Fe3O4微球(0.1g)和APTES(2ml)在混合乙醇(50ml)中溶解，将混合物在干燥氮气下回流12h。

⑸利用磁铁将Fe3O4颗粒分开并用乙醇清洗。

⑹最后，将颗粒在真空60 ℃下干燥24小时得到苯胺官能化的Fe3O4 粒子

(NH2-Fe3O4)。

2.2.2Fe3O4@PANI微粒的合成

在PVP下通过原位聚合制备黑莓结构的双功能Fe3O4@PANI微球

⑴取PVP(0.05g)溶于去离子水(130ml)，然后上述所得NH2-Fe3O4 (0.015g)加入。

⑵混合液溶质在超声波下分散开，边用力搅拌边加入配好的溶液(苯胺(20μL)溶于盐酸(0.1ml))。

⑶将所的液体在20℃机械搅拌30min，结束后立刻加入APS的水溶液(0.2g、20ml)引发体系引发氧化聚合反应，条件是机械搅拌5小时。

⑷将沉淀物用去离子水和乙醇清洗若干次。

⑸最后，将产物在真空60℃下干燥24小时即可获得设计的黑色粉末Fe3O4@PANI 微球复合材料。

2.3实验仪器

采用日本理学电机生产的X射线衍射仪进行X射线粉末衍射(XRD)测试，使用Cu Kα辐射，波长为长1.54178 Å 。采用日本JEOL公司的JSM-6700F型扫描电子显微镜观察试样微观结构和外观形貌。电子能谱采用Mg Kα分析XRP，透射电镜( TEM) 测试采用日立H—800模型型透射电子显微镜,加速电压200kV。红外光谱采用Nicolet 759型红外光谱仪测定，测试波长4000cm-1到500cm-1，参比样为KBr。

3结果分析

磁性粒子尺寸的精确控制对每个微球中Fe3O4的含量多少至关重要。本实验采用文献中[14]溶剂热法制备尺寸均匀的Fe3O4微球，因为微球是由许多小的纳米初晶构成,这些含Fe3O4的微球在室温下表现出超顺磁性、同时具有高的饱和磁化强度；而且这些磁芯尺寸的范围可以调控在200nm~1500nm之间。所以，这些含Fe3O4的微球是制备超顺磁性核/壳粒子的理想模版。近来的很多方法大都研制了用SiO2[15]、多孔二氧化硅[16]及TiO2[17]用作外壳的无机—无机系列微球的核—壳结构或是类似三明治的结构。相比之下，本文制备了一种性能优异的无机—有机系列微球：双功能的Fe3O4@PANI微球，它的大小与Fe3O4微球相近，粒径约350nm。