專利名稱：金屬納米顆粒與碳材料復合物的自組裝可控制備方法
技術領域：
本發明涉及納米材料領域，具體涉及一種金屬納米顆粒與碳材料復合物的制備方法。
背景技術：
碳材料(包括一維碳納米管，二維結構，如石墨烯，氧化石墨烯，還原氧化石墨烯)， 由于其具有高表面積，從絕緣體到半導體到導體的各異的電化學性質，而且具有很好的化學和電化學穩定性，被作為優良的納米復合物的載體。而金屬納米顆粒，以金為例，具有獨特的電學、磁學、光學和催化活性，在化學、物理、材料化學和生物醫藥方面都具有很高的研究價值。由于二者都具有極高的研究價值，所以將二者有機的集合在一起形成的納米復合物作為一種新的復合材料，不僅結合了二者的特殊性質，而且呈現出了一些新的特性。金屬納米顆粒與碳材料復合物在許多領域都得到了廣泛應用，如催化，燃料電池，化學/生物傳感等方面。該復合材料合成方法很多，主要包括化學還原，電化學沉積，電極沉積，物理方法等。但傳統的方法都具有一些限制，如制備成本高，合成過程復雜，雜質難去除，顆粒尺寸和活性難兼得等。我們的方法有效的避免了以上的弊端，有望在該領域中發揮極其重要的作用。
發明內容
本發明的目的在于提出一種新的金屬納米顆粒與碳材料納米復合物的制備方法， 能夠自組裝制備出高質量的復合物并通過選擇不同的離子液體來控制金屬顆粒尺寸大小。為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現
金屬納米顆粒與碳材料復合物的自組裝可控制備方法，包括以下步驟
步驟1)先將碳材料載體通過超聲充分分散到離子液體溶液中，得到離子液體的懸濁
液；
步驟2)再將該懸濁液轉移到容器中，通過磁控濺射的方法向懸濁液中濺射各種不同的金屬靶材，此時得到離子液體-碳材料-金屬顆粒的混合溶液；
步驟3)最后通過高速離心和利用丙酮或無水乙醇等有機溶劑將離子液體洗凈，即可得到通過自組裝形成的金屬顆粒-碳材料載體的納米復合物。進一步的，所述碳材料載體為氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、石墨烯、多壁碳管中的一種或多種。進一步的，所述容器為不銹鋼培養皿。
進一步的，所述離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽中的一種或多種。進一步的，所述金屬靶材為純度99. 99%的Au、Pd、Ag中的一種或多種。本發明的原理是本方法是利用直流磁控濺射的方法，利用經高壓電場加速的氬離子(A r+)將金屬原子或團簇轟擊出來，在離子液體一載體混合液中成核形成納米顆粒， 同時由于離子液體對金屬納米顆粒的穩定作用，使得金屬納米顆粒可以自組裝生長在這些碳材料載體上，得到我們想要合成的納米復合物。與現有技術相比，本發明具有以下優點
本發明通過自組裝過程能夠制備出高質量的各種金屬納米顆粒與碳材料形成的復合物，金屬納米顆粒的大小可以通過選擇不同的離子液體來進行控制，可控性好，不需要添加額外的還原劑，且無副產品產生。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中
圖1 為從1- 丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMIM]0TF)中制備的Au-GO納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布圖2為從1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM]PF6)中制備的Au-GO納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布圖3 為從1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM]BF4)中制備的Au-GO納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布圖4:為從1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMIM]0TF)中制備的Ag-GO納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布圖5 為從1- 丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMIM]0TF)中制備的Pd-GO納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布圖6 為從1- 丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMIM]0TF)中制備的Au-MWCNTs納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布圖7 為從1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM]BF4)中制備的Au-MWCNTs納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布圖8 為本發明控制儀器的磁控濺射電流大小后金屬顆粒在載體上分布的密度圖。
具體實施例方式下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本發明。金屬納米顆粒與碳材料復合物的自組裝可控制備方法，包括以下步驟
先將碳材料載體通過超聲充分分散到離子液體溶液中，得到離子液體的懸濁液；再將該懸濁液轉移到容器中，通過磁控濺射的方法向懸濁液中濺射各種不同的金屬靶材，此時得到離子液體-碳材料-金屬顆粒的混合溶液；最后通過高速離心和利用丙酮或無水乙醇等有機溶劑將離子液體洗凈，即可得到通過自組裝形成的金屬顆粒-碳材料載體的納米復合物。進一步的，所述碳材料載體為氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、石墨烯、多壁碳管中的一種。進一步的，所述容器為不銹鋼培養皿。進一步的，所述離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽中的一種或多種。進一步的，所述金屬靶材為純度99. 99%的Au、Pd、Ag中的一種或多種。參見圖1所示，從1 - 丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMIM] OTF)中制備的Au-GO 納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布參見圖2所示，從1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM]PF6)中制備的Au-GO納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布參見圖3所示，從1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM]BF4)中制備的Au-GO納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布參見圖4所示，從1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMIM] 0TF)中制備的Ag-GO納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布參見圖5所示，從1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMIM] 0TF)中制備的Pd-GO納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布參見圖6所示，從1- 丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([BMIM] 0TF)中制備的Au-MWCNTs 納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布參見圖7所示，為從1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM] BF4)中制備的Au-MWCNTs 納米復合物的透射電鏡圖和顆粒尺寸分布參見圖8所示，主要是講本方法同時可以控制儀器的磁控濺射電流大小來控制金屬顆粒在載體上分布的密度。區域A為在IOmA電流下制備得到的氧化后石墨烯和納米金顆粒的復合物，區域B為在20mA電流下制備得到的氧化石墨烯和納米金顆粒的復合物。通過兩幅圖的對比可明顯看出不同電流條件下制備得到的金納米顆粒的密度差別是很大的。。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.金屬納米顆粒與碳材料復合物的自組裝可控制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1)先將碳材料載體通過超聲充分分散到離子液體溶液中，得到離子液體的懸濁液；步驟2)再將該懸濁液轉移到容器中，通過磁控濺射的方法向懸濁液中濺射各種不同的金屬靶材，此時得到離子液體-碳材料-金屬顆粒的混合溶液；步驟3)最后通過高速離心和利用丙酮或無水乙醇等有機溶劑將離子液體洗凈，即可得到通過自組裝形成的金屬顆粒-碳材料載體的納米復合物。
2.根據權利要求1所述的金屬納米顆粒與碳材料復合物的自組裝可控制備方法，其特征在于所述碳材料載體為氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、石墨烯、多壁碳管中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的金屬納米顆粒與碳材料復合物的自組裝可控制備方法，其特征在于所述容器為不銹鋼培養皿。
4.根據權利要求1所述的金屬納米顆粒與碳材料復合物的自組裝可控制備方法，其特征在于所述離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、 1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的金屬納米顆粒與碳材料復合物的自組裝可控制備方法， 其特征在于所述金屬靶材為純度99. 99%的Au、Pd、Ag中的一種或多種。
全文摘要
本發明公開了金屬納米顆粒與碳材料復合物的自組裝可控制備方法，步驟為先將碳材料納米載體通過超聲充分分散到離子液體溶液中，得到碳材料載體-離子液體的懸濁液；再將該懸濁液轉移到容器中，通過磁控濺射的方法向懸濁液中濺射各種不同的金屬靶材，此時得到離子液體-碳材料-金屬納米顆粒的混合溶液；最后通過高速離心和利用丙酮或無水乙醇等有機溶劑將離子液體洗凈，即可得到通過自組裝形成的金屬納米顆粒-碳材料載體的納米復合物。本發明通過自組裝過程能夠制備出高質量的各種金屬納米顆粒與碳材料形成的復合物，金屬納米顆粒的大小可以通過選擇不同的離子液體來進行控制，金屬納米顆粒的密度可以通過改變濺射條件來進行控制。(見最后一段文字和圖片)本發明可控性好，不需要添加額外的還原劑，且無副產品產生。
文檔編號B22F9/04GK102554244SQ201210062310
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月12日 優先權日2012年3月12日
發明者劉長海, 孫旭輝, 李述湯, 王穗東, 高旭 申請人:蘇州大學