[发明专利]一种有机/无机杂化三层结构Janus纳米片、其制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种有机/无机杂化三层结构Janus纳米片及其制备方法和应用。所述Janus纳米片包括：复合夹层、亲水层和功能性层，其中所述复合夹层为包括无机纳米颗粒和聚合物的中间夹层；所述亲水层位于所述复合夹层的一侧；所述功能性层位于所述复合夹层的另一侧。本发明的Janus纳米片具有严格的化学分区，其结构可精确控制，能够适应多种应用需求。本发明的Janus纳米片的制备方法合成工艺简单，有较高的工业应用潜质。

技术领域

本发明属于有机/无机复合纳米材料领域，具体涉及一种有机/无机杂化三层结构Janus纳米片、其制备方法及应用。

背景技术

在过去的20年中，Janus材料经历了快速的发展。具有可调整的形态，尺寸和组成的Janus复合材料的合理设计是其Janus性能的核心问题。Janus材料的一些代表性的形态，例如Janus颗粒、Janus棒、Janus片和Janus空心球等已显示出各种潜在的应用，例如固体表面活性剂，上层建筑的组成部分，光学检测和显示以及自行式纳米马达。Janus纳米片由于在组成和结构上有着明确的严格分区，同一个纳米片的两部分具有截然不同的物理或化学性质，因而具有特异性功能，在纳米片乳化剂、非均相催化剂、复杂结构构筑等方面具有重要意义(Liang F,Zhang C,Yang Z.Advanced Materials,2014,26(40):6944-6949)。

制备方法的优化对于实现Janus纳米片的工业应用至关重要，其中结构控制和规模化的制备方法是核心问题。目前常用的二维界面保护法、三维界面保护法、微流控法、印刷法等虽能实现结构的精确控制，但都难以批量化生产。并且，这些方法都几乎无法一步实现多种物质的杂化，为材料的功能性杂化改性造成了难度。

Janus纳米片因为具有较大的比表面积，在纳米片乳化剂方面尤其具有较好的应用前景(Liang F,Shen K,Qu X,et al.Angewandte Chemie International Edition,2011,50(10):2379-2382)。但是目前Janus纳米片的种类仍然较少，极大程度的限制了Janus纳米片的应用范围。若要得到具有更多功能的Janus纳米片，则需要复杂的改性和杂化过程，且将不同的材料复合到一起需要分多步完成，这显然不利于Janus纳米片的工业化生产。

在现有的Janus材料批量化制备方法中，乳液聚合具有一定的优势，并且基于本课题组其他相关研究，通过乳液聚合过程可以实现多种材料的一步复合，简称“一锅法”。这种制备方法不仅可以实现Janus纳米片的量产，还可以实现不同材料间简单的复合，在功能集成方面具有显著优势。因此，利用乳液聚合的方法，可以批量化制备杂化Janus纳米片。

发明内容

发明要解决的问题

现有技术中Janus纳米片的种类较少，难以满足多种应用的需要，限制了其应用范围。此外，常用的Janus纳米片的制备方法难以实现批量化生产，且无法一步实现多种物质的杂化，给Janus纳米片的工业化生产带来了困难。

用于解决问题的方案

具体地，本发明通过以下方案解决本发明的技术问题。

[1]一种有机/无机杂化三层结构Janus纳米片，其包括：复合夹层、亲水层和功能性层，其中所述复合夹层为包括无机纳米颗粒和聚合物的中间夹层；所述亲水层位于所述复合夹层的一侧；所述功能性层位于所述复合夹层的另一侧。

[2]根据第[1]项所述的Janus纳米片，其中所述亲水层、复合夹层和功能性层的厚度比为1-3:8-12:1-3；所述Janus纳米片的尺寸在10-300nm的范围内。

[3]根据第[1]或[2]项所述的Janus纳米片，其中所述无机纳米颗粒选自金属单质、金属合金、金属氧化物、无机单质、无机盐、无机氧化物、无机碳化物、无机氮化物和石墨烯中的一种或多种。