[发明专利]中空核壳复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种中空核壳复合材料及其制备方法与应用。所述中空核壳复合材料包括：具有中空结构的核、负载在所述核上的纳米金颗粒以及覆盖在所述核表面的壳；其中，所述的核由多孔聚苯胺/聚吡咯共聚物形成，所述的壳由多个片状氧化锰组成。本发明提供的中空核壳复合材料兼具优异的光热转换性能和良好的类酶催化活性，稳定性高，能长期重复使用，同时其制备简单易实施，成本低廉，具有普适性，利于规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种贵金属、无机纳米材料和共聚物形成的多元复合材料，特别是涉及一种基于氧化锰-纳米金颗粒负载的多孔聚苯胺/聚吡咯共聚物的中空核壳复合材料及其制备方法与应用，属于材料科学领域。

背景技术

聚吡咯和聚苯胺属于有机聚合物，具有优异的电子迁移率、大比表面积、良好的热导率，高的光热转换效率和极好的生物相容性等。纳米金颗粒具有稳定性好，生物相容性高，光学性能优异，在生物催化和生物检测方面具有广阔的应用前景。氧化锰具有优异的生物酶活性，在新型纳米酶的研发中有着重要的战略意义。利用氧化锰、金等无机纳米材料与聚吡咯和聚苯胺等有机聚合物构建的多元复合材料在能源、化工、生物检测、疾病诊疗等领域都具有广阔的应用前景。例如，有研究人员利用苯胺单体为原料，HAuCl₄引发苯胺聚合同时自身被还原获得聚苯胺/金复合材料。也有研究人员利用吡咯单体和KMnO₄为原料，通过氧化还原反应获得聚吡咯/氧化锰复合材料。这些方法制备的复合材料一般是作为电极材料或者光热转换材料等使用，功能单一，效率较低，而且性能也难以满足实际应用的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中空核壳复合材料及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一些实施例提供了一种中空核壳复合材料，其包括：具有中空结构的核、负载在所述核上的纳米金颗粒以及覆盖在所述核表面的壳；其中，所述的核由多孔聚苯胺/聚吡咯共聚物形成，所述的壳由多个片状氧化锰组成。

在一些实施方式中，所述多孔聚苯胺/聚吡咯共聚物、纳米金颗粒与用于形成所述片状氧化锰的前驱物的质量比为1:1-10:5-25。

在一些实施方式中，所述核的直径为50-150nm，且中空部分的体积占比为10％-50％。

在一些实施方式中，所述纳米金颗粒的粒径为5-15nm。

在一些实施方式中，所述片状氧化锰的片径为10-30nm。

在一些实施方式中，用于形成所述片状氧化锰的前驱物包括KMnO₄。

在一些实施方式中，所述纳米金颗粒也可以替换为其它贵金属(如Ag、Pt、Pd和Ru等或其合金)形成的纳米颗粒。

本发明的一些实施例还提供了一种制备所述中空核壳复合材料的方法，其包括如下步骤：

(1)在冰浴条件下将苯胺单体、吡咯单体、表面活性剂及水均匀混合形成混合液，再在所述混合液内加入过硫酸盐进行反应，获得聚苯胺/聚吡咯共聚物；

(2)在室温条件下，将所述聚苯胺/聚吡咯共聚物均匀分散于水中，形成聚苯胺/聚吡咯共聚物分散液，再在所述聚苯胺/聚吡咯共聚物分散液内加入分散剂和纳米金颗粒，从而获得均匀、单分散的纳米金颗粒负载的多孔聚苯胺/聚吡咯共聚物；

(3)在室温条件下，将高锰酸盐加入所述纳米金颗粒负载的多孔聚苯胺/聚吡咯共聚物的分散液中，持续搅拌反应后，使至少部分的高锰酸盐被还原形成片状氧化锰，并使多孔聚苯胺/聚吡咯共聚物被刻蚀形成中空结构，从而获得中空核壳复合材料。