[发明专利]Pickering细乳液制备复合壳层纳米空心球的方法

说明书

本发明属于纳米空心球制备领域，公开了Pickering细乳液制备复合壳层纳米空心球的方法，本发明先制备含壳层纳米球Pickering细乳液，接着再制备含复合壳层纳米球的Pickering乳胶，最后通过焙烧法形成空心复合纳米球壳。本发明采用改性固体粒子表面性能制备Pickering细乳液，并使用细乳液聚合产生的乳胶粒子为前驱体，焙烧后得到空心复合纳米球壳，制备方法简单，易于设计复杂结构的复合纳米球壳；并且可应用在催化材料、医药缓释、痕迹富集和光伏等领域，有明确的实用价值和创新性。

技术领域

本发明属于Pickering细乳液分散方法制备以复合材料为球体壳层，并通过焙烧法形成空心复合纳米球壳。此方法涉及胶体分散、光催化降解、医药缓释和光伏产业等领域。

背景技术

纳米空心球是一种新型结构材料，具有一定内部空间及纳米尺度壳层。这种特殊结构客观上可以作为各种材料载体，具有比表面积大、密度小和活化温度低等特点。以纳米空心球为核包覆纳米壳层得到复合壳层，不仅可以获得纳米复合材料性能，而且避免了纳米材料由于纳米尺寸引起的团聚、不稳定等缺陷，从而在催化、医药缓释以及光伏产业有着潜在的应用前景。

目前，可以有多种的方法制备纳米空心球，如超声化学法、水热法、模板法以及物理化学吸附等等。这些制备方法成本高、质量不均以及只能小量生产，因此需要探索反应条件温和、条件可控、简单可重复操作以及一步合成的制备方法；由于对于如何精确控制纳米空心球的形貌、尺寸、壳层厚度以及壳层的组成等微观结构，对于发现其新的应用领域具有重要的意义。

细乳液一般认为其细乳液液滴可以稳定存在，尺寸通常为50-500纳米。为了防止液滴之间Ostwald熟化，通常还需加入助稳定剂来减缓或消除液滴之间凝并。Pickering乳液是固体粒子稳定的乳液，尺寸可以从100-2000纳米。固体粒子通过接触角分散于水相或油相界面。Pickering细乳液由于液滴尺寸小，因此要求固体稳定剂尺寸更小。目前，反相Pickering乳液法制备的中空材料粒径范围大，限制其应用；而以一般细乳液制备中空壳层材料，难以控制固体粒子的有效排布，从而难以控制所得纳米空心结构的组成、厚度和尺寸。

发明内容

本发明目的采用改性固体粒子表面性能制备Pickering细乳液，并使用细乳液聚合产生的乳胶粒子为前驱体，焙烧后得到空心复合纳米球壳。

Pickering细乳液制备复合壳层纳米空心球，按照下述步骤进行：

(1)含壳层纳米球Pickering细乳液制备：

室温下，将定量的可溶性金属盐溶解在去离子水中，形成水溶液A；称取定量的乙烯基非交联单体、乙烯基交联单体和助稳定剂混合后形成溶液B；将定量的碱性物质溶解在去离子水中，形成碱溶液C。将水溶液A和溶液B混合后，迅速转入预先设定温度的超声波生物粉碎机中粉碎一定时间，然后一定的速度滴加碱溶液C，继续粉碎一段时间。

步骤(1)A溶液中可溶性第一金属盐类是硫酸铁、硫酸镍、硫酸钴、硫酸镉、硫酸铬、硝酸铁或氯化铬等物质。溶液B中乙烯基非交联单体为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯和甲基丙烯酸乙酯中的一种或几种；乙烯基交联单体为二乙烯基苯；助稳定剂为十二醇或十二烷。碱溶液C为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾或氨水等。

步骤(1)水溶液A和溶液B的混合物通过450W超声波生物粉碎机以50％功率状态粉碎10分钟，温度15℃；碱溶液C滴加速度为5克/分钟，滴加总量和A溶液中去离子水的质量比为1:20。滴加完碱溶液后转移到200W超声波振荡器中，室温继续超声粉碎10分钟。

步骤(1)A溶液中可溶性第一金属盐和去离子水的质量比为1-2:100；溶液B中乙烯基非交联单体、乙烯基交联单体、助稳定剂和水溶液A中去离子水的质量比为15:1:0.5:100；碱溶液C碱物质浓度为5克碱/100克碱溶液。

(2)含复合壳层纳米球Pickering乳胶制备：