核壳型多级结构的制备及性能研究

核壳型纳米材料是由内部核与外部壳通过化学键或其它作用力复合而成，因其成分、结构及大小的不同而体现出特殊的物理和化学性质。核壳型纳米材料的性质并不是各组分性能简单的叠加，而是通过组分间协同作用而产生的一种综合性能，并且已经被广泛的应用在生物医学、催化、光学器件和传感器等领域。核壳型纳米材料特殊的物理和化学性能不仅与各组分的类别有关，同时还受到复合材料的尺寸、形貌以及结构的影响。因此研究如何制备粒径、形貌可控，结构特殊的复合纳米材料，对于其功能性的应用具有重大的意义。本论文通过模板法制备了磁载钛酸盐核壳多级结构和银纳米粒子核壳多级结构，研究了影响其结构、尺寸以及形貌的因素。主要的研究内容及取得的成果如下：1.以SiO2为模板制备了空心钛酸盐多孔微球。试验研究了钛酸四丁酯量、反应时间和反应温度对多孔微球形貌和结构的影响。通过改变钛酸四丁酯的量、反应时间或反应温度，可以控制多孔微球的粒径和形貌；试验还研究了多孔钛酸盐微球的药物缓释行为，其在药物缓释过程中出现的两个缓释高峰一方面是由微球内空心部分和由钛酸盐纳米管自组装成的多级孔道结构引起的，另一方面是由钛酸盐纳米管自身的次级管道结构引起的。2.以SiO2为模板制备了磁载钛酸盐核壳多级结构。通过改变钛酸四丁酯的量、正硅酸乙酯的量或反应温度可以控制多级结构空心部分体积和壳层厚度。磁滞回线和外加磁场作用下核壳材料的磁响应特性证明磁载微球的超顺磁性能；紫外光照射下分散有磁载微球溶液颜色的变化，证明了其荧光性能；以布洛芬为药物分子模型，研究了磁载钛酸盐核壳多级结构对布洛芬药物分子的负载及控制释放行为。结果表明具有磁响应特性的核壳结构表现出良好的药物缓释性能。这种多级结构的空心微球作为药物载体可以实现药物缓释控制、药物靶向运输和载体的荧光标记。3.核壳结构Ag@C微球制备：试验研究了水热反应的时间、硝酸银的量、葡萄糖的量和聚乙烯吡咯烷酮对核壳材料的形貌和结构的影响。结果表明，通过改变反应的时间或硝酸银的量可以实现核壳结构Ag@C微球的可控制备；试验还研究了PVP在反应过程中的作用，结果表明PVP不仅能够通过抑制银核的生长和葡萄糖的碳化来提高复合微球粒径的单分散性，同时能够诱导复合微球有序的自组装，使分散有不同粒径复合微球的溶液表现出不同的颜色。试验在没有添加任何还原剂的条件下，通过一步简单的回流，成功的在核壳核壳结构Ag@C复合微球表面沉积了贵金属Pt颗粒，制备了Ag@C@Pt核壳结构。结果证明了碳壳层表面丰富的化学性质。4.核壳结构Ag@SiO2@Pt@TiO2微球制备：试验研究了正硅酸乙酯的量、氯铂酸的量和钛酸四丁酯的量对复合微球形貌和结构的影响。结果表明，通过改变正硅酸乙酯的量、氯铂酸的量或钛酸四丁酯的量可以实现核壳微球的可控制备。试验在水热条件下，碱腐蚀核壳结构的Ag@SiO2@Pt@TiO2微球，制备出空心多孔的Ag@Pt@Titanate微球。这种具有多孔结构的Ag@Pt@Titanate核壳微球既能够增加贵金属粒子的稳定性，又可以诱导半导体表面光生电子与空穴之间的分离，增强其光催化活性。