本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、空心納米材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而引起了多學(xué)科的研究的廣泛興趣。由于具有較高的比表面積、明確的活性位點(diǎn)、界定的間隙空間和可調(diào)節(jié)的傳質(zhì)速率，空腔納米結(jié)構(gòu)可以作為優(yōu)異的催化劑、載體和反應(yīng)器，用于各種催化應(yīng)用。但其合成開發(fā)難度也極大地限制了其廣泛應(yīng)用。

2、由于易于操作的微觀結(jié)構(gòu)和有限的局部空隙，研究發(fā)現(xiàn)，精心設(shè)計(jì)的空心微納結(jié)構(gòu)作為各種新興研究的主要材料表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，諸如催化、傳感、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。隨著納米晶體微觀結(jié)構(gòu)表征和基本生長機(jī)制的巨大進(jìn)步，空腔納米材料已經(jīng)成為現(xiàn)代納米科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，尤其是合成方法和結(jié)構(gòu)相關(guān)特性的發(fā)展。由于空腔結(jié)構(gòu)具有較高的比表面積和明確的幾何位置，可以作為容納大量局域單原子的理想載體。合理設(shè)計(jì)單原子空腔納米材料可能為單原子催化機(jī)理研究和復(fù)雜反應(yīng)的催化劑開發(fā)提供獨(dú)特見解?？涨患{米結(jié)構(gòu)至少有四種類型的位置可以固定功能分子，即殼層外部表面、殼內(nèi)空腔、殼內(nèi)表面和殼層間隙。對于空腔納米材料，通過對殼層的幾何參數(shù)(如孔隙率、孔徑、孔取向、殼層厚度、空腔大小等)進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)空腔納米材料靶向載體、精準(zhǔn)控釋、表面摻雜等多功能化。因此，開發(fā)一種新型空腔結(jié)構(gòu)的納米材料，能為揭示相關(guān)催化機(jī)制提供獨(dú)特的微觀見解。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明創(chuàng)新性的開發(fā)了一種基于h2pdcl4、k2ptcl4、kmno4等活性置換劑原位置換的方式制備了一種新型子彈狀空腔結(jié)構(gòu)納米材料，該空腔結(jié)構(gòu)上的空腔殼層元素則可根據(jù)活性置換劑來定制調(diào)節(jié)。通過控制活性置換劑的置換時(shí)間，可以調(diào)控空腔結(jié)構(gòu)的大?。煌ㄟ^更換活性置換劑的種類，可以調(diào)節(jié)空腔殼層表面的多合金組成；通過調(diào)節(jié)活性置換劑的濃度，可以控制空腔殼層的厚度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)，所述子彈狀納米馬達(dá)由位于頭部的金納米雙錐aunbps和位于尾部的空腔結(jié)構(gòu)組成；所述金納米雙錐aunbps的一端裸露在外形成尖端結(jié)構(gòu)，另一端被所述空腔結(jié)構(gòu)包裹形成棒狀結(jié)構(gòu)。

4、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述空腔結(jié)構(gòu)上的空腔殼層元素包括au、ag和其他金屬元素，所述其他金屬元素包括pd、pt、mn中的任意一種。

5、本發(fā)明還提供一種尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)的制備方法，所述制備方法包括：

6、制備au種子；

7、利用所述au種子誘導(dǎo)生長形成金納米雙錐aunbps；

8、在所述金納米雙錐aunbps表面包裹生長一層銀納米材料，形成aunbps@ag納米棒；

9、對所述aunbps@ag納米棒進(jìn)行不對稱刻蝕，以獲得子彈狀aunbps@ag納米材料；

10、對所述子彈狀aunbps@ag納米材料進(jìn)行置換反應(yīng)，最終得到尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述金納米雙錐aunbps的制備包括：

12、在含有十六烷基三甲基溴化銨、氯金酸、硝酸銀、鹽酸和抗壞血酸的溶液中，加入au種子，通過自組裝和生長過程形成金納米雙錐aunbps。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述aunbps@ag納米棒的制備包括：

14、將金納米雙錐aunbps與十六烷基三甲基氯化銨、硝酸銀和抗壞血酸混合，通過銀離子的還原反應(yīng)在金納米雙錐aunbps表面生長銀納米層。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述不對稱刻蝕的步驟包括：

16、配制包含氯金酸、抗壞血酸、氫氧化鈉和十六烷基三甲基溴化銨的混合溶液，并在室溫下攪拌均勻；將所述aunbps@ag納米棒加入到混合溶液中，并在25-35℃下進(jìn)行水浴反應(yīng)5-8h，反應(yīng)完成后進(jìn)行純化；

17、將純化后的納米棒重新分散在含有十六烷基三甲基溴化銨的溶液中，并依次加入碳酸氫鈉、過氧化氫、硫氰酸鉀和硝酸鈷，在70-90℃下進(jìn)行水浴反應(yīng)15-20min，反應(yīng)完成后進(jìn)行純化，得到子彈狀aunbps@ag納米材料。

18、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，在所述子彈狀aunbps@ag納米材料的尾部空腔結(jié)構(gòu)的步驟包括：

19、將子彈狀aunbps@ag納米材料分散在含有十六烷基三甲基溴化銨的溶液中，隨后加入含有活性置換劑的溶液混合攪拌，在50-70℃下反應(yīng)2-5h，反應(yīng)完成后進(jìn)行純化，得到尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)。

20、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述活性置換劑包括h2pdcl4、k2ptcl4、kmno4中的任意一種。

21、本發(fā)明還提供一種尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)在催化降解有機(jī)染料污染物中的應(yīng)用。

22、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述有機(jī)染料污染物包括亞甲基藍(lán)。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的有益效果有：

24、(1)本發(fā)明采用活性置換技術(shù)，這是一種新穎的方法，能夠有效地制備出具有空腔結(jié)構(gòu)的納米材料。在制備過程中通過控制活性置換劑的種類、濃度和反應(yīng)時(shí)間，可以精確調(diào)節(jié)空腔結(jié)構(gòu)的大小、殼層的厚度以及殼層元素的組成。可以根據(jù)需要定制調(diào)節(jié)空腔殼層元素的組成，增加了材料的應(yīng)用靈活性。

25、(2)本發(fā)明采用了非對稱刻蝕技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對納米材料形貌的精確控制，得到獨(dú)特的子彈狀形貌賦予其良好的方向性，其中：子彈狀的結(jié)構(gòu)可以減少了納米馬達(dá)在流體中的阻力，提高了其在溶液中的定向移動能力；實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，制備的子彈狀空腔結(jié)構(gòu)納米材料在催化降解亞甲基藍(lán)方面表現(xiàn)出了很高的效率，這對于環(huán)境治理和化工行業(yè)具有重要意義。特別是在催化領(lǐng)域，空腔結(jié)構(gòu)可以提供更多的活性位點(diǎn)，提高催化效率和選擇性。

26、(3)本發(fā)明采用一鍋水熱法制備aunbps@ag納米棒，隨后通過不對稱刻蝕和活性置換獲得空腔結(jié)構(gòu)，整個(gè)過程簡單易行，降低了制備難度和技術(shù)門檻。

技術(shù)特征：

1.一種尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)，其特征在于，所述子彈狀納米馬達(dá)由位于頭部的金納米雙錐aunbps和位于尾部的空腔結(jié)構(gòu)組成；所述金納米雙錐aunbps的一端裸露在外形成尖端結(jié)構(gòu)，另一端被所述空腔結(jié)構(gòu)包裹形成棒狀結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)，其特征在于，所述空腔結(jié)構(gòu)上的空腔殼層元素包括au、ag和其他金屬元素，所述其他金屬元素包括pd、pt、mn中的任意一種。

3.一種尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于，所述金納米雙錐aunbps的制備包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于，所述aunbps@ag納米棒的制備包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于，所述不對稱刻蝕的步驟包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于，在所述子彈狀aunbps@ag納米材料的尾部空腔結(jié)構(gòu)的步驟包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于，所述活性置換劑包括h2pdcl4、k2ptcl4、kmno4中的任意一種。

9.一種如權(quán)利要求1或2所述的尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)在催化降解有機(jī)染料污染物中的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述有機(jī)染料污染物包括亞甲基藍(lán)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，具體涉及一種尾部空腔結(jié)構(gòu)的子彈狀納米馬達(dá)及其制備方法和應(yīng)用，所述子彈狀納米馬達(dá)由位于頭部的金納米雙錐AuNBPs和位于尾部的空腔結(jié)構(gòu)組成；所述金納米雙錐AuNBPs的一端裸露在外形成尖端結(jié)構(gòu)，另一端被所述空腔結(jié)構(gòu)包裹形成棒狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明創(chuàng)新性的開發(fā)了一種基于H<subgt;2</subgt;PdCl<subgt;4</subgt;、K<subgt;2</subgt;PtCl<subgt;4</subgt;、KMnO<subgt;4</subgt;等活性置換劑原位置換的方式制備了一種新型子彈狀空腔結(jié)構(gòu)納米材料，該空腔結(jié)構(gòu)上的空腔殼層元素則可根據(jù)活性置換劑來定制調(diào)節(jié)。通過控制活性置換劑的置換時(shí)間，可以調(diào)控空腔結(jié)構(gòu)的大??；通過更換活性置換劑的種類，可以調(diào)節(jié)空腔殼層表面的多合金組成；通過調(diào)節(jié)活性置換劑的濃度，可以控制空腔殼層的厚度。

技術(shù)研發(fā)人員：高冠斌,張斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2