金属纳米颗粒与碳材料复合物的自组装可控制备方法

摘要

本发明公开了金属纳米颗粒与碳材料复合物的自组装可控制备方法，步骤为先将碳材料纳米载体通过超声充分分散到离子液体溶液中，得到碳材料载体-离子液体的悬浊液；再将该悬浊液转移到容器中，通过磁控溅射的方法向悬浊液中溅射各种不同的金属靶材，此时得到离子液体-碳材料-金属纳米颗粒的混合溶液；最后通过高速离心和利用丙酮或无水乙醇等有机溶剂将离子液体洗净，即可得到通过自组装形成的金属纳米颗粒-碳材料载体的纳米复合物。本发明通过自组装过程能够制备出高质量的各种金属纳米颗粒与碳材料形成的复合物，金属纳米颗粒的大小可以通过选择不同的离子液体来进行控制，金属纳米颗粒的密度可以通过改变溅射条件来进行控制。（见最后一段文字和图片）本发明可控性好，不需要添加额外的还原剂，且无副产品产生。

说明书

  

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种金属纳米颗粒与碳材料复合物的制备方法。 

背景技术

碳材料（包括一维碳纳米管，二维结构，如石墨烯，氧化石墨烯，还原氧化石墨烯），由于其具有高表面积，从绝缘体到半导体到导体的各异的电化学性质，而且具有很好的化学和电化学稳定性，被作为优良的纳米复合物的载体。而金属纳米颗粒，以金为例，具有独特的电学、磁学、光学和催化活性，在化学、物理、材料化学和生物医药方面都具有很高的研究价值。 

由于二者都具有极高的研究价值，所以将二者有机的集合在一起形成的纳米复合物作为一种新的复合材料，不仅结合了二者的特殊性质，而且呈现出了一些新的特性。金属纳米颗粒与碳材料复合物在许多领域都得到了广泛应用，如催化，燃料电池，化学/生物传感等方面。 

该复合材料合成方法很多，主要包括化学还原，电化学沉积，电极沉积，物理方法等。但传统的方法都具有一些限制，如制备成本高，合成过程复杂，杂质难去除，颗粒尺寸和活性难兼得等。我们的方法有效的避免了以上的弊端，有望在该领域中发挥极其重要的作用。 

  

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的金属纳米颗粒与碳材料纳米复合物的制备方法，能够自组装制备出高质量的复合物并通过选择不同的离子液体来控制金属颗粒尺寸大小。 

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现： 

金属纳米颗粒与碳材料复合物的自组装可控制备方法，包括以下步骤：

步骤1）先将碳材料载体通过超声充分分散到离子液体溶液中，得到离子液体的悬浊液；

步骤2）再将该悬浊液转移到容器中，通过磁控溅射的方法向悬浊液中溅射各种不同的金属靶材，此时得到离子液体-碳材料-金属颗粒的混合溶液；

步骤3）最后通过高速离心和利用丙酮或无水乙醇等有机溶剂将离子液体洗净，即可得到通过自组装形成的金属颗粒-碳材料载体的纳米复合物。

进一步的，所述碳材料载体为氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯、多壁碳管中的一种或多种。 

进一步的，所述容器为不锈钢培养皿。 

进一步的，所述离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种。 

进一步的，所述金属靶材为纯度99.99%的Au、Pd、Ag中的一种或多种。 

本发明的原理是：本方法是利用直流磁控溅射的方法，利用经高压电场加速的氩离子（Ａｒ^＋）将金属原子或团簇轰击出来，在离子液体－载体混合液中成核形成纳米颗粒，同时由于离子液体对金属纳米颗粒的稳定作用，使得金属纳米颗粒可以自组装生长在这些碳材料载体上，得到我们想要合成的纳米复合物。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

本发明通过自组装过程能够制备出高质量的各种金属纳米颗粒与碳材料形成的复合物，金属纳米颗粒的大小可以通过选择不同的离子液体来进行控制，可控性好，不需要添加额外的还原剂，且无副产品产生。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1：为从1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[BMIM]OTF）中制备的Au-GO纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

图2为从1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[BMIM]PF6）中制备的Au-GO纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

图3：为从1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIM]BF4）中制备的Au-GO纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

图4:为从1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[BMIM]OTF）中制备的Ag-GO纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

图5：为从1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[BMIM]OTF）中制备的Pd-GO纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

图6：为从1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[BMIM]OTF）中制备的Au-MWCNTs纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

图7：为从1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIM]BF4）中制备的Au-MWCNTs纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图;

图8：为本发明控制仪器的磁控溅射电流大小后金属颗粒在载体上分布的密度图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。 

金属纳米颗粒与碳材料复合物的自组装可控制备方法，包括以下步骤： 

先将碳材料载体通过超声充分分散到离子液体溶液中，得到离子液体的悬浊液；再将该悬浊液转移到容器中，通过磁控溅射的方法向悬浊液中溅射各种不同的金属靶材，此时得到离子液体-碳材料-金属颗粒的混合溶液；最后通过高速离心和利用丙酮或无水乙醇等有机溶剂将离子液体洗净，即可得到通过自组装形成的金属颗粒-碳材料载体的纳米复合物。

进一步的，所述碳材料载体为氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯、多壁碳管中的一种。 

进一步的，所述容器为不锈钢培养皿。 

进一步的，所述离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种。 

进一步的，所述金属靶材为纯度99.99%的Au、Pd、Ag中的一种或多种。 

参见图1所示，从1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[BMIM]OTF）中制备的Au-GO纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图； 

参见图2所示，从1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[BMIM]PF6）中制备的Au-GO纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

参见图3所示，从1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIM]BF4）中制备的Au-GO纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

参见图4所示，从1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[BMIM]OTF）中制备的Ag-GO纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

参见图5所示，从1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[BMIM]OTF）中制备的Pd-GO纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

参见图6所示，从1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐（[BMIM]OTF）中制备的Au-MWCNTs纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

参见图7所示，为从1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIM]BF4）中制备的Au-MWCNTs纳米复合物的透射电镜图和颗粒尺寸分布图；

参见图8所示，主要是讲本方法同时可以控制仪器的磁控溅射电流大小来控制金属颗粒在载体上分布的密度。区域A为在10mA电流下制备得到的氧化后石墨烯和纳米金颗粒的复合物，区域B为在20mA电流下制备得到的氧化石墨烯和纳米金颗粒的复合物。通过两幅图的对比可明显看出不同电流条件下制备得到的金纳米颗粒的密度差别是很大的。。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。