核壳结构纳米复合材料的研究进展

　3国家自然科学基金项目(50471061)　张小塔:男,硕士生,从事纳米材料制备研究　Tel :0272872543840　E 2mail :zhangxiaota2004@ 宋武林:通信作者,教授,博导,从事纳米材料制备及应用、材料表面改性等方面研究　E 2mail :wulins @

核壳结构纳米复合材料的研究进展3

张小塔,宋武林,胡木林,谢长生,郭连贵

(华中科技大学材料科学与工程学院模具技术国家重点实验室,武汉430074)

摘要 纳米粒子由于具有大量的潜在应用,近年来已引起人们极大的关注。通过制备具有核壳结构的纳米复合材料可以使其获得更多特殊的性质。综述了最近几年制备壳核结构纳米粒子的方法,根据其核、壳的不同材料分了4类,并对其中某些方法进行了比较,同时指出了目前该领域的应用前景、存在的不足和今后的研究发展方向。

关键词 核壳结构　纳米复合材料　研究进展

R esearch and Development of Core 2shell N anocomposites

ZHAN G Xiaota ,SON G Wulin ,HU Mulin ,XIE Changsheng ,GUO Liangui

(State Key Lab of Die &Mould Technology ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074)

Abstract Nanoparticles have received much attention because of their potential applications.By preparing

core 2shell nanocomposites ,many special properties can be obtained.In this paper ,the preparations of several kinds of core 2shell nanoparticles are reviewed ,of which they are divided into four types according to the materials of cores and shells ,and several kinds of fabrication methods are compared here.At the same time ,the application prospect in this field ,the deficiencies at present and the research direction in the future are also indicated.

K ey w ords core 2shell structure ,nanocomposites ,research progress

0　引言

设计和可控构筑具有核壳结构的纳米复合材料是最近几年材料科学前沿的一个日益重要的研究领域[1]。这类材料作为构筑新颖功能化材料之所以受到研究者的青睐是因为它们具有许多独特的性质,例如:单分散性、核壳的可操作性、稳定性、可调

控性、自组装和涉及光、电、磁、催化、化学和生物反应的能力。因此通过合理的设计实验条件可以在很大程度上对复合纳米材料的许多性质加以调控。核壳纳米材料主要包括无机2有机、无机2无机、有机2有机和有机2无机等几个类型。本文主要综述核壳结构复合纳米材料的最新研究进展。

1　核壳结构纳米复合粒子的研究进展

很多情况下,通常采用超声化学法和种子生长法在核的表面直接沉积壳层的物质得到核壳结构。但是这种方法需要考虑

核和壳物质之间的相关性质,比如说晶格匹配等问题。

在不能直接包覆的情况下,有两条比较经典的途径:(1)通过耦合剂的作用,即通过某种物质的化学键把核和壳连接起来;(2)通过LBL (layer 2by 2layer )技术,即用不同电荷的材料交替包覆上去,一般的是先沉淀一层负电荷材料,然后再包覆带正电荷的材料[2]。第二种方法的最大优点是层与层之间的作用通过正负电荷的作用来实现,相对于第一种方法对材料本身没有太高的要求,缺点则是多步骤的作用可能使一些小球没有被包覆进去,且静电之间的作用力比较弱。

1.1　无机2无机核壳结构纳米复合粒子

覆盖的无机物层通常是二氧化硅、金属硫化物、二氧化钛、

氧化锆和一些贵金属。例如,Ohmori 等[3]

优化了覆盖条件,利用正硅酸乙酯(TEOS )在22丙醇溶液中的水解得到了二氧化硅覆盖的锭子状α2Fe 2O 3粒子。适当地控制TEOS 水解条件就可以得到粒径分布相当均匀的二氧化硅覆盖的α2Fe 2O 3粒子。

Trindade 等[4]则利用沉积的方法制备了硫化铬覆盖的二氧化硅

粒子。他们首先利用St ber 方法得到单分散的二氧化硅纳米粒子,然后加入铬的配合物并且在氮气保护下回流一定时间,从而得到硫化铬覆盖的二氧化硅粒子。

Yang 等[5]则用氧化SiCl 4的方法在Sn 的表面制得了SiO 2

壳层。不过,得到的颗粒形状比较奇特,有长方体的、立方体的、球形的,还有不规则的。有人用类似的方法由TiCl 4制备TiO 2来包覆SiO 2小球,实践证明这种途径是不可行的,得到的是包裹不完全的核壳结构,且不规则。反过来,在SiO 2小球外包覆一层Au 是可行的。SiO 2小球表面先用A PS 进行改性,再吸附一层Au 胶粒,然后以Au 胶粒为核,在K 2CO 3、氨水存在的条件下还原HAuCl 4,最后在SiO 2小球表面长出一层金壳[6]。

核壳结构的双金属纳米粒子(尤其是贵金属如Au 、Ag 、Pt 、Ru 等)也受到人们越来越多的关注。Au 2Pt 或Pt 2Au 纳米粒子在催化方面表现优异而受到普遍关注。在制备出Au 和Pt 纳米粒子后,可以直接把壳层物质Pt 和Au 还原沉积到核上去[7]。Pt 沉积到Au 核上是各向同性的,而且这个过程是由动力学控制的。Pt 层的生长受到Pt 先驱体浓度与Pt 的摩尔质量

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902・核壳结构纳米复合材料的研究进展/张小塔等