[发明专利]天然植物的纳米纤维与金属纳米颗粒的复合材料及其制法

说明书

技术领域

本发明属于植物的纳米纤维复合金属纳米颗粒制备的功能性材料(如催化材料)领域，特别涉及一种基于天然植物的(包括草本植物、木本植物)纳米纤维与金属纳米颗粒的复合材料及其制备方法。

背景技术

当物质的尺寸减小到纳米范围时就会表现出量子效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特性。基于多种小尺寸效应，纳米级的金属颗粒在诸多领域表现出了优异的性能，包括近共振非线性响应、独特的生物相容性、独特的等离子体共振吸收特性和催化特性等。高质量的金属纳米颗粒的制备和应用已经成为化学领域的一大研究热点。

传统金属纳米颗粒的制备方法包括：多元醇还原法；柠檬酸钠还原法；两相还原法；辐射还原法等。从绿色化学的角度来说，这些方法普遍存在的问题包括以下三个方面：1.使用有毒有害的还原剂如硼氢化钠、水合肼等；2.使用有毒有机溶剂甲苯、苯等；3.使用多种有害辐射源等。如2009年Cai等人报道了利用硼氢化钠作为还原剂在再生纸浆多孔纤维素表面负载了银、金、铂纳米颗粒(J.Cai，S.Kimura，M.Wada and S.Kuga，Biomacromolecules，2008，10，87-94.)，其方法中所采用的还原剂对环境构成了威胁。基于这种现状，开发制备金属纳米颗粒的绿色方法成为化学家面临的挑战之一。近年来，多种绿色生物提取物，如维他命B1、蜂蜜、叶酸、树胶、茶多酚、去铁铁蛋白等已成功用于制备金属纳米颗粒。这些物质的共性是在结构上都存在着多羟基结构，可用于还原和稳定金属纳米颗粒。

草本植物和木本植物是自然界中最丰富的可再生资源和环境友好材料，其主要成分为纤维素、半纤维素与木质素。本发明以可再生的天然草本植物和木本植物纳米纤维为基础，通过对反应条件的控制，首次研究开发了天然木材纳米纤维与金属纳米颗粒的复合材料的绿色高效的制备方法。利用天然植物的纳米纤维还原金属纳米颗粒的研究至今未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供天然植物的(天然草本植物或天然木本植物)纳米纤维与金属纳米颗粒的复合材料。

本发明的再一目的是提供一种基于环境友好的天然植物的(天然草本植物或天然木本植物)纳米纤维与金属纳米颗粒的复合材料的制备方法，通过本发明提供的制备方法，可以得到不同形状、不同粒径及不同粒径分布的金属纳米颗粒与天然植物的(天然草本植物或天然木本植物)纳米纤维复合的复合材料。

本发明的天然植物的纳米纤维与金属纳米颗粒的复合材料，是在天然植物的纳米纤维表面均匀排布负载有金属纳米颗粒。

所述的天然植物的纳米纤维表面负载的金属纳米颗粒的负载量为质量分数0.1～35％，优选负载量为质量分数10～25％。

所述的天然植物的纳米纤维为具有纳米级尺寸和高比表面积的任何天然草本植物的纳米纤维或天然木本植物的纳米纤维中的一种或多种。

所述的天然草本植物的纳米纤维或天然木本植物的纳米纤维的纤维直径为2nm～1000nm，长为100nm～100μm。

所述的草本植物选自农作物秸秆、芦苇、荻苇、芒杆、竹子、草坪的草屑等中的一种或几种。

所述的农作物秸秆选自稻草秸秆、麦草秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、红薯秧等中的一种或几种。

所述的天然木本植物的纳米纤维是任何天然树木的纳米纤维中的一种或多种。

所述的金属纳米颗粒的粒径为2nm～500nm。

所述的金属纳米颗粒的形状为球形纳米颗粒、多边形纳米颗粒中的一种或多种。

所述的多边形纳米颗粒是方形纳米颗粒或三角形纳米颗粒等。

所述的金属纳米颗粒可选自金颗粒、银颗粒、铂颗粒、镍颗粒、铜颗粒、铁颗粒和钯颗粒等中的一种或多种。

本发明的天然植物的纳米纤维与金属纳米颗粒的复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)用绿色机械加工法将天然植物(天然草本植物或天然木本植物)加工成天然植物的纳米纤维(可按文献Appl.Phys.A 81，1109-1112(2005)所报道的方法进行制备得到天然植物的纳米纤维)，将得到的天然植物的纳米纤维置于水中配制成天然植物的纳米纤维悬浮液(优选进行超声分散)；

(2)将步骤(1)得到的悬浮液直接与金属前驱体水溶液混合得到混合液，然后进行反应；或

先用无机酸或无机碱调节步骤(1)得到的悬浮液的pH值为3～14(该方案可控制改变所得金属纳米颗粒的形状与大小及颗粒粒径分布)，再与金属前驱体水溶液混合得到混合液，然后进行反应；