【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及反相乳液胶体、水热处理、光催化和电池电极等领域，特别涉及一种利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法。
技术介绍
1、掺杂是提高材料性能的重要手段。掺杂方法有体相掺杂和表面掺杂，分别指在材料内部和表面引入杂质元素改变材料性能。体相掺杂是一种通过在材料内部引入杂质元素以实现材料的整体优化，如采用共蒸、旋涂等方式将掺杂剂与主体材料均匀混合。另一种方法是表面掺杂，是在不改变材料内部性质的前提下，通过材料表面引入杂质元素改变材料表面性质。两种掺杂方法的使用可以实现对材料整体和表面性能的全面调控。
2、纳米材料具有独特的物理性质和化学性质，比如比表面积大、活性高等特点；但是纳米材料存在易团聚、稳定性差和表面性质不稳定等缺点。由此需要表面掺杂精确改变纳米材料表面性质。
技术实现思路
1、本专利技术目的是利用反相细乳液制备的改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器合成基体纳米晶前驱体；然后形成表面掺杂纳米晶材料。
2、以上方法按照下述步骤进行：
3、(1)反相细乳液合成改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器
4、室温下，将定量水溶性低聚壳聚糖、水溶性单体、水溶性交联单体、乳化剂、去离子水和油性溶剂混和均匀后，在高速剪切机下进行粉碎，高速剪切机粉碎固定时间后转入聚合反应器中，升温至一定温度，随即加入油溶性引发剂，聚合反应一定时间即可得到分散相为改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器的反相细乳胶体。
5、步骤(1)中，水溶性低聚壳聚糖
6、水溶性低聚壳聚糖、水溶性单体、水溶性交联单体、去离子水、乳化剂、油溶性溶剂和油性引发剂质量比为0.1:1.0:0.01-0.05:9.0:1.0:90.0:0.02。
7、步骤(1)高速剪切机转速为2万转/分钟，粉碎时间为3分钟，粉碎过程中混合液温度控制5℃；聚合反应温度为50-60℃，聚合反应时间为90-120分钟。
8、(2)纳米反应器内制备基体纳米晶前驱体及其熟化：
9、将定量一定浓度可形成基体纳米晶的一种或一种以上水溶性金属盐溶液一次性加入固定温度定量的步骤(1)制备的反相细乳液中，加入后维持搅拌一定时间；然后一次性加入一定浓度碱性水溶液，加入后维持搅拌一定时间，形成含装载基体纳米晶前驱体的改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器。将含有基体纳米晶前驱体纳米反应器的细乳液转移至设定温度的烘箱中保温预定时间进行熟化，降至室温，即获得含熟化基体纳米晶前驱体的水性纳米反应器。
10、步骤(2)中，水溶性金属盐溶液为水溶性氯化盐、硫酸盐、硝酸盐类，如硝酸镉、硝酸镍或氯化铜等，质量浓度为1.0-2.0％；水溶性碱为2％质量浓度氨水，或0.5％质量浓度氢氧化钠或氢氧化钾。
11、水溶性金属盐、水溶性碱和步骤(1)制备的反相细乳液质量比为1.0-2.0:2.0:50.0。
12、形成含装载基体纳米晶前驱体的改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器的温度为50℃。
13、水溶性金属盐或碱性水溶液加入反相细乳液后维持搅拌时间为120分钟。
14、熟化处理设定保温温度为40℃，时间为48-96小时。
15、(3)水性纳米反应器内制备含表面掺杂纳米晶前驱体：
16、室温将一定量水溶性掺杂金属盐溶液一次性加入至定量步骤(2)制备的反相细乳液(含熟化基体纳米晶前驱体的纳米反应器)中，维持超声波生物粉碎机中粉碎固定时间，完成含表面掺杂纳米晶前驱体纳米乳胶粒子的制备。
17、步骤(3)中，水溶性掺杂金属盐溶液为功能性可溶金属盐溶液，如硝酸铷、硝酸钐、硝酸铕等，质量浓度为0.1-0.2％。
18、水溶性掺杂盐溶液质量和步骤(2)使用的反相细乳液质量比为0.1-0.2:50.0。
19、步骤(3)超声波生物粉碎机功率200w，粉碎温度控制5℃，粉碎时间5分钟。
20、(4)热处理含表面掺杂纳米晶前驱体的纳米反应器：
21、固定温度下，将步骤(3)制备的含表面掺杂纳米晶前驱体的反相细乳液浓缩至一定体积后转移至坩埚中；然后置于设定温度的烧结炉中烧结固定时间，烧结后固体物经过去离子水多次洗涤后，在一定温度下烘干固定时间即得到表面掺杂纳米晶。
22、步骤(4)中，含表面掺杂纳米晶前驱体的反相乳液固定温度为60℃浓缩至原有体积的10-20％。
23、烧结温度为450-500℃，烧结时间为90-120分钟；烧结后固体物经过去离子水洗涤次数2-3次；烘干温度为100℃，烘干时间为10小时。
24、本专利技术水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶方法是通过反相细乳液，选择水溶性好的低聚壳聚糖进行改性，形成优异吸附性能的水凝胶，形成改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器。水凝胶三维结构有选择地装载基体纳米晶前驱体并陈化生长，调控材料电子结构，调制其带隙大小、导电性、磁性、光催化性能的掺杂纳米晶前驱体；再次滴加需要掺杂的金属离子，利用纳米反应器改性低聚壳聚糖水凝胶表面吸附和通过性能改变纳米晶前驱体表面金属离子组成；最后通过烧结处理完成掺杂纳米晶的制备。
25、本专利技术通过反相细乳液制备的改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器并合成基体纳米晶前驱体；然后形成表面掺杂的纳米晶前驱体，最后烧结掺杂的纳米晶前驱体制备了表面掺杂纳米晶材料。此方法制备的掺杂纳米晶在光电转化、电池材料以及催化等领域有着潜在应用前景。专利技术具有以下优点：
26、1、通过反相细乳液合成改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器，此反应器有利于富集金属离子；
27、2、以改性低聚壳聚糖水凝胶为纳米反应器可形成纳米晶前驱体，熟化后前驱体分布均匀且尺寸为10-15纳米；
28、3、经过烧结处理可获得表面掺杂纳米晶，其粒径保持了均匀、稳定和不易团聚性质，表面掺杂纳米晶平均粒径20纳米左右。表面掺杂元素原子量远高于实际掺杂元素量。
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1.一种利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
2.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(1)中，水溶性低聚壳聚糖分子式为(C6H11NO4)n，n＝2-20；水溶性单体为丙烯酰胺或丙烯酸钠；水溶性交联单体为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；乳化剂为Span80；油性溶剂为环己烷、正己烷或正庚烷；油溶性引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈；水溶性低聚壳聚糖、水溶性单体、水溶性交联单体、去离子水、乳化剂、油溶性溶剂和油性引发剂的质量比为0.1:1.0:0.01-0.05:9.0:1.0:90.0:0.02。
3.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(1)中，高速剪切机转速为2万转/分钟，粉碎时间为3分钟，粉碎温度控制5℃；聚合反应温度为50-60℃，聚合反应时间为90-120分钟。
4.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(2)中，
5.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(2)中，形成含装载基体纳米晶前驱体的改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器的温度为50℃；水溶性金属盐或碱性水溶液加入反相细乳液后维持搅拌时间为120分钟；熟化处理温度为40℃，熟化时间为48-96小时。
6.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(3)中，水溶性掺杂金属盐溶液为质量浓度为0.1-0.2％的硝酸铷、硝酸钐、硝酸铕溶液；掺杂盐溶液质量和步骤(2)使用的反相细乳液质量比为0.1-0.2:50.0。
7.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(3)中，超声波生物粉碎机功率200W，粉碎温度控制5℃，粉碎时间5分钟。
8.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(4)中，含表面掺杂纳米晶前驱体的反相乳液固定温度为60℃浓缩至原有体积的10-20％。
9.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(4)中，烧结温度为450-500℃，烧结时间为90-120分钟；烘干温度为100℃，烘干时间为10小时。
...【技术特征摘要】
1.一种利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
2.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(1)中，水溶性低聚壳聚糖分子式为(c6h11no4)n，n＝2-20；水溶性单体为丙烯酰胺或丙烯酸钠；水溶性交联单体为n,n’-亚甲基双丙烯酰胺；乳化剂为span80；油性溶剂为环己烷、正己烷或正庚烷；油溶性引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈；水溶性低聚壳聚糖、水溶性单体、水溶性交联单体、去离子水、乳化剂、油溶性溶剂和油性引发剂的质量比为0.1:1.0:0.01-0.05:9.0:1.0:90.0:0.02。
3.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(1)中，高速剪切机转速为2万转/分钟，粉碎时间为3分钟，粉碎温度控制5℃；聚合反应温度为50-60℃，聚合反应时间为90-120分钟。
4.如权利要求1所述的利用改性低聚壳聚糖水凝胶纳米反应器制备表面掺杂纳米晶的方法，其特征在于：步骤(2)中，水溶性金属盐溶液为质量浓度为1.0-2.0％的硝酸镉、硝酸镍或氯化铜溶液；碱性水溶液为2％质量浓度氨水，0.5％质量浓度氢氧化钠或氢氧化钾；水溶性金属盐、碱性水溶液和步骤(1)制备的反相细乳液的质量比为1.0-2.0...
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