一種立方體磷酸鎳納米籠的製備方法與流程
2023-05-30 05:58:31 2
本發明涉及一種納米籠的製備方法，具體地說，涉及一種立方體磷酸鎳的製備方法，屬於功能技術材料領域。
背景技術：
空心納米籠結構具有內部空間大、密度小、比表面積大以及通透性強等獨特的結構特徵，在催化、光子器件、藥物傳輸載體、活性物封裝、能量存儲器件和納米反應器等方面具有廣闊的應用前景。近幾年來，空心納米籠結構材料的製備逐漸成為納米功能材料的研究熱點之一。其中，非球形空心納米籠結構(如空心多面體、橢球體及空心錐體等)除了具有球形納米籠結構的特性外，其對稱性降低所帶來的結構各向異性使得它在光、電、磁等方面將具有更奇異的性質，因此，其合成和性質研究備受關注。
儘管各向異性的納米籠結構應用前景光明，但用傳統方法（例如，自組裝、由內之外奧斯特瓦爾德熟化）卻很難製備它們。模板法的運用有利於製備非球形結構的納米空心籠材料。儘管目前已經有利用模板法成功製備非球形納米籠結構的報導，但仍存在一些技術難題需要科研人員攻克，例如：(1) 如何掌握合成所需材料外殼和去除模板之間的反應動力學平衡；(2) 如何在非球形模板的高曲率表面上獲得均勻的殼層；(3) 如何在高殘餘應力下完整保存空殼形貌。近幾年來，Kirkendall效應、Galvanic取代反應和化學蝕刻技術等方法都應用於空心納米籠結構的製備。例如，科研人員利用Kirkendall效應還製備出了Cu7S4、Fe2O3、MnO、 ZnO空心籠結構。但是，上述製備過程需要進一步加熱處理和酸刻蝕處理，過程複雜、製備成本高，並易於造成環境汙染。因此，發展室溫條件、環境友好、一步合成空心納米籠結構的新途徑具有重要的學術意義和應用價值。
技術實現要素：
本發明中，我們以立方體磷酸銀作為銀源和模板劑，用硫代硫酸根（軟鹼）對銀離子（軟酸）進行絡合，使磷酸根釋放，並原位與加入的鎳離子反應，製備了立方體磷酸鎳納米籠。與傳統模板法相比，本發明所屬方法具有以下特點：(1) 模板劑磷酸銀為立方體形貌，製備的納米籠具有立方體形態；(2) 使用硫代硫酸鈉作為絡合試劑對銀離子進行絡合，一方面原位生成了立方體磷酸鎳殼層，同時是實現了對剩餘磷酸銀核的刻蝕，最終得到立方體磷酸鎳納米籠；（3）製備方法簡單，整個反應在室溫下進行。
所述立方體磷酸鎳納米籠，其具體製備過程包括以下步驟：
（1）將高分子保護劑、六水合氯化鎳溶於50%（V/V）的乙醇-水混合液中，攪拌下將立方體磷酸銀分散在該混合液中；
（2）攪拌下，在上述溶液中逐滴加入4毫升1 mol/L（M）的硫代硫酸鹽溶液，至反應溶液逐漸由淡黃色變為淺綠色，繼續攪拌1小時；
（3）將得到的樣品離心，用水洗滌5次，乾燥，得到立方體磷酸鎳納米籠。
根據權利要求1所述的立方體磷酸鎳納米籠的製備方法，其特徵在於，高分子保護劑為聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇，高分子保護劑在乙醇-水混合液中的質量百分比濃度為2%~6%，六水合氯化鎳與磷酸銀的摩爾比為1:10~1:1.5。使用的硫代硫酸鹽為硫代硫酸鈉或硫代硫酸鉀。
附圖說明
圖1為實施例1得到的立方體磷酸鎳納米籠的X-射線線衍射（XRD）圖譜；
圖2為實施例1得到的立方體磷酸鎳納米籠的掃描電鏡（SEM）圖片；
圖3為實施例1得到的立方體磷酸鎳納米籠的透射電鏡（TEM）圖片。
具體實施方式
以下結合實例對本發明進行進一步的詳述。
實施例1
將0.33克聚乙烯吡咯烷酮K30和1.0 毫克六水合氯化鎳溶於10毫升50%（V/V）的乙醇-水混合液中；攪拌下，將10毫克立方體磷酸銀分散於該混合液中，再逐滴加入4毫升1 M的硫代硫酸鈉溶液，至反應溶液逐漸由淡黃色變為淺綠色，繼續攪拌1小時。將得到的樣品離心，用水洗滌5次，乾燥，得到立方體磷酸鎳納米籠。
實例1所製備立方體磷酸鎳納米籠的XRD圖譜如圖1所示，在2θ = 24.9°處的衍射峰與Ni2P2O7 （021）晶面衍射峰(JCPDS: 49-1082)的出峰位置相一致，表明得到的納米籠為立方體磷酸鎳；圖2為立方體磷酸鎳納米籠的SEM圖片，從圖中可以看出立方體磷酸鎳納米籠有幾十納米的顆粒聚集而成；圖3為製備立方體磷酸鎳納米籠的TEM圖片，從圖中可以看出，立方體磷酸鎳納米籠為空心結構。
實施例2
將0.33克聚乙烯醇（分子量為10000）和1.0 毫克六水合氯化鎳溶於10毫升50%（V/V）的乙醇-水混合液中；攪拌下，將10毫克立方體磷酸銀分散於該混合液中，再逐滴加入4毫升1 M的硫代硫酸鈉溶液，至反應溶液逐漸由淡黃色變為淺綠色，繼續攪拌1小時。將得到的樣品離心，用水洗滌5次，乾燥，得到立方體磷酸鎳納米籠。
實施例3
將0.20克聚乙烯吡咯烷酮K30和1.0 毫克六水合氯化鎳溶於10毫升50%（V/V）的乙醇-水混合液中；攪拌下，將10毫克立方體磷酸銀分散於該混合液中，再逐滴加入4毫升1 M的硫代硫酸鈉溶液，至反應溶液逐漸由淡黃色變為淺綠色，繼續攪拌1小時。將得到的樣品離心，用水洗滌5次，乾燥，得到立方體磷酸鎳納米籠。
實施例4
將0.33克聚乙烯吡咯烷酮K30和0.70 毫克六水合氯化鎳溶於10毫升50%（V/V）的乙醇-水混合液中；攪拌下，將10毫克立方體磷酸銀分散於該混合液中，再逐滴加入4毫升1 M的硫代硫酸鈉溶液，至反應溶液逐漸由淡黃色變為淺綠色，繼續攪拌1小時。將得到的樣品離心，用水洗滌5次，乾燥，得到立方體磷酸鎳納米籠。
實施例5
將0.33克聚乙烯吡咯烷酮K30和2.0毫克六水合氯化鎳溶於10毫升50%（V/V）的乙醇-水混合液中；攪拌下，將10毫克立方體磷酸銀分散於該混合液中，再逐滴加入4毫升1 M的硫代硫酸鈉溶液，至反應溶液逐漸由淡黃色變為淺綠色，繼續攪拌1小時。將得到的樣品離心，用水洗滌5次，乾燥，得到立方體磷酸鎳納米籠。
實施例6
將0.33克聚乙烯吡咯烷酮K30和1.0 毫克六水合氯化鎳溶於10毫升50%（V/V）的乙醇-水混合液中；攪拌下，將10毫克立方體磷酸銀分散於該混合液中，再逐滴加入4毫升1 M的硫代硫酸鉀溶液，至反應溶液逐漸由淡黃色變為淺綠色，繼續攪拌1小時。將得到的樣品離心，用水洗滌5次，乾燥，得到立方體磷酸鎳納米籠。