[发明专利]石墨烯包裹的磁性复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯包裹的磁性复合纳米材料及其制备方法和应用，该磁性复合纳米材料是以石墨烯为壳、金钴合金为核组成的核壳结构，所述石墨烯直接包裹在金钴合金的表面；磁性复合纳米材料为颗粒状，粒径为20‑40 nm。本发明制备方法简单，成本低，可控性强，制备出的MACGs复合纳米颗粒均一性好，性质稳定。

技术领域

本发明涉及石墨烯包裹的磁性复合纳米材料及其制备方法和应用，属于新型磁性复合纳米材料的技术领域。

背景技术

复合纳米材料是目前比较热门的研究课题，由于其具有多功能性、可协调性和稳定性等优良特性，使其在光学、生物医学、环境科学、材料、催化、能源等领域具有非常广泛的应用。与单组分纳米材料相比，多组分复合纳米材料通过调控其组成或者结构使其具有更优良的性质，这也拓展了其在多种领域中的应用潜能。最近，磁性复合纳米材料由于其磁性质和稳定性已经得到广泛的关注，因此制备尺寸均一、稳定、易于修饰、生物相容性好的磁性复合纳米材料对于在生物富集、分离以及其他研究领域都具有非常重要的应用价值。

目前制备磁性复合纳米材料一种方法是将Fe₃O₄与AuNPs通过共价结合的方式形成磁性的核壳纳米材料，另外一种方法是在Fe₃O₄纳米颗粒表面通过金还原的方式在其表面包裹金壳层，以上这两种方法的缺点在于合成方法复杂，尺寸不均一，此外材料的稳定性和生物相容性也不好，这就限制了其在生物分析领域中的应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是，目前磁性复合纳米材料的合成方法复杂，尺寸不均一，此外材料的稳定性和生物相容性也不好，这就限制了其在生物分析领域中的应用。

本发明提供一种石墨烯包裹的磁性复合纳米材料，该磁性复合纳米材料是以石墨烯为壳、金钴合金为核组成的核壳结构，所述石墨烯直接包裹在金钴合金的表面；磁性复合纳米材料为颗粒状，粒径为20-40nm。

优选地，金钴合金表面的石墨烯的层数为3-4层。

优选地，金钴合金的中金与钴的摩尔比为8:1-1:1。

优选地，金钴合金的中金与钴的摩尔比为7:1-5:1。

本发明还提供一种石墨烯包裹的磁性复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将SiO₂加入甲醇溶液中超声处理1-2 h，得溶液A，其中，SiO₂与甲醇的质量体积比为1:80-100，质量单位为g，体积单位为mL；将Co(NO₃)₂·6H₂O与5-20 mg/mL HAuCl₄溶液混合后，得溶液B；将40-60体积份的溶液A和1体积份的溶液B混合后进行超声处理1-2 h，再除去甲醇，将得到的混合物烘干；

（2）将步骤（1）烘干的混合物研磨成粉末，然后于CH₄流量为10-60 cm²/mL的气流条件下灼烧10-15 min，灼烧温度为800-1000 ℃，冷却后与HF溶液混合以除去SiO₂，再分离（优选磁吸分离）出的固体即为石墨烯包裹的磁性复合纳米颗粒。

优选地，步骤（2）中，粉末与HF溶液的质量体积比为0.75-0.85:25-30，质量单位为g，体积单位为mL，HF溶液的质量分数≥40％。HF溶液的质量分数为40-60％。

优选地，步骤（1）中所述超声波处理的功率为170-200 w。

优选地，步骤（1）中，溶液B中Au与Co的摩尔比为10:1-1:2。

优选地，将步骤（2）中得到石墨烯包裹的磁性复合纳米材料分散于聚乙二醇十八醚的水溶液中，优选聚乙二醇十八醚的饱和水溶液，得到石墨烯包裹的磁性复合纳米颗粒溶液。