一种金属纳米粒子修饰的碳材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种金属纳米粒子修饰的碳材料的制备方法，具体为：将负载了碳材料的基片置于离子注入机的样品台上，抽真空至1×10-2~1×10-5Pa，将用于修饰的金属作为靶材，离子注入的加速电压为1~100KV，离子注入剂量为1×1015~1×1019ions/cm2，制得金属纳米粒子修饰的碳材料。本发明专利技术制备工艺简单可靠，离子注入制备的金属纳米粒子修饰的碳材料操作简便可控；金属纳米粒子与碳材料之间直接结合，不需中介分子，稳定性好；离子注入制备的金属纳米粒子修饰的碳材料中金属纳米粒子在碳材料中不存在团聚现象，尺寸可控；碳材料在离子注入过程中结构保持完整。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种金属纳米粒子修饰的碳材料的制备方法，具体为：将负载了碳材料的基片置于离子注入机的样品台上，抽真空至1×10-2~1×10-5Pa，将用于修饰的金属作为靶材，离子注入的加速电压为1~100KV，离子注入剂量为1×1015~1×1019ions/cm2，制得金属纳米粒子修饰的碳材料。本专利技术制备工艺简单可靠，离子注入制备的金属纳米粒子修饰的碳材料操作简便可控；金属纳米粒子与碳材料之间直接结合，不需中介分子，稳定性好；离子注入制备的金属纳米粒子修饰的碳材料中金属纳米粒子在碳材料中不存在团聚现象，尺寸可控；碳材料在离子注入过程中结构保持完整。【专利说明】ー种金属纳米粒子修饰的碳材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，具体涉及ー种金属纳米粒子修饰的碳材料及其制备方法。
技术介绍
碳是自然界中与人类最密切相关、最重要的元素之一，具有多种存在形式，并且新碳素材料还不断被发现和人工制得，目前常见的碳材料有石墨、玻碳、碳粉、碳纤维、富勒烯、纳米碳管和石墨烯等。碳材料已在エ业生产和社会生活中发挥出重要作用，例如石墨电极大量的应用于电解铝エ业和电池エ业，碳纤维增强的复合材料广泛用于航天、汽车エ业以及高性能器械，而纳米碳管和石墨烯更是成为近二十年来科学研究的热点。例如纳米碳管被认为是“最黑的”材料之一，对紫外、可见和近红外光都具有很强的吸收。吸收近红外光产生的热量可以用于光热治疗；共振增强拉曼散射可用于体内和体外的示踪、检测和成像(Z.Liu, K.Yang, S.T.Lee, J.Mater.Chem.2011，21，5860)等。尽管碳材料自身性能优越，但在许多应用中，碳材料需要与金属纳米粒子复合，以获得更好的光学、电学或者催化等性能。例如金納米粒子修饰纳米碳管可大幅提高其近红外吸收性能，并且金納米粒子还对DNA、蛋白质等生物分子具有良好的固定作用；在纳米碳管表面修饰金納米粒子后具有強烈的近红外吸收(纳米碳管6.2X106M-lcm-l ;金納米棒1.4X109 M-1cm-1),可用作肿瘤的成像造影剂和热疗试剂(Kimball KJ, Rivera AA,Zinn KR, et.al., Nature b Nanotechnology 2009, 4, 688-694)。纳米碳管和金纳米材料作为光热或光声造影剤的有效剂量分别为50nM和125pM(J.ff.Kim, E.1.Galanzha,E.V.Shashkov, H.M.Moon, V.P.Zharov.Nature.Nanotechnology 2009, 4, 688)。在纳米碳管上负载10wt.%~25wt.%的银纳米粒子和5wt.%~25wt.%镍纳米粒子作为催化剂，由于引入的镍纳米粒子具有磁性`，可用磁铁予以回收，解决了催化剂中贵金属银的回收问题(一种可回收的纳米银镍/纳米碳管催化剂及其制备方法，CN101502799)。目前，金属纳米粒子修饰碳材料主要采用化学方法，根据碳材料表面是否发生化学反应，可以分为共价修饰和非共价修饰。例如，用浓硫酸、浓硝酸或过氧化氢溶液对纳米碳管进行处理，可以在纳米碳管的缺陷部位引入羰基、羟基等基团，这些极性基团的引入能有效改善纳米碳管的溶液分散性，贵金属前驱体能够与纳米碳管的管壁发生电荷转移而被还原，生成的金属纳米粒子能直接修饰在纳米碳管表面，但修饰效率和产率均不理想(Kim DS, Lee T, Geckeler KE, Angewandte Chemie-1nternational Edition, 2006,45，104-107)。将氧化石墨烯在水中超声分散I~2小时，加入硝酸银，继续超声并升温至70~80°C，加入硼氢化钠回流反应I~2小时，趁热过滤，洗涤，干燥，研磨，形成了 Ag与石墨烯相互交替的导电网络(Ag/石墨烯纳米导电复合材料及其制备方法，CN102136306A)。利用疏水作用可以对纳米碳材料进行非共价修饰，在金納米粒子表面连接十一烷基硫醇，利用硫醇疏水的烷基长链与纳米碳管表面的相互作用，将金纳米粒子修饰到纳米碳管表面(Ellis A ゾ，Vijayamohanan K， boswamI R, ChaKrapani N， Ramanathan LS, Ajayan PM, Ramanath G.Nano Letter, 2003，3，279-282)。碳材料表面是电子高度离域化的石墨层结构，纳米碳材料之间存在很强的范德华カ，容易团聚成束，几乎不溶于水和其他有机溶剤，难以直接应用，直接修饰金属纳米粒子的效率很低，必须对纳米碳材料进行表面功能化，提高其分散性并引入具有贵金属结合能力的官能团，才能给金属纳米粒子修饰提供良好的相互接触环境和结合能力。通过化学方法制备金属纳米粒子修饰的碳材料，涉及到多步化学反应，操作过程复杂，金属纳米粒子的修饰量难以控制。金属纳米粒子与碳材料之间通过范德华力或表面张カ结合，负载不够牢固，在许多应用中金属纳米粒子会从碳材料上剥落下来。并且化学修饰过程大量使用强酸性和强腐蚀性的化学试剂，对周围的环境造成严重威胁。离子注入是ー种新型的材料改性技术，在半导体エ业中用于晶片的掺杂。采用高能离子束入射到材料中，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料的晶格中。通过调节注入离子的能量和数量，能够精确控制注入的深度和浓度，不改变被注入试样的外形尺寸和表面光洁度，离子注入层由离子束和基体表面发生一系列的物理化学作用而紧密结合，附着力強，分布均匀，且不存在 剥落的问题。虽然离子注入技术有上述一系列优点，但由于其操作需采用抽真空、高能离子束入射等过程，而碳材料在这样高強度的条件下直接注入会在离子注入过程中严重破坏其结构，因此一般难以达到预期效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供ー种金属纳米粒子修饰的碳材料及其制备方法。该方法采用离子注入技术将金属纳米粒子入射到碳材料中，无需复杂的化学处理步骤，方法简单可靠，金属纳米粒子在碳材料中的负载量可控，用该方法制备的金属纳米粒子修饰的碳材料中金属纳米粒子在碳材料中分布均匀。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为: ー种金属纳米粒子修饰的碳材料的制备方法，其特征在于，将负载了碳材料的基片置于离子注入机的样品台上，抽真空至I X IO-2^l X IO-5Pa,将用于修饰的金属作为靶材，离子注入的加速电压为flOOKV，离子注入剂量为lX1015~lX1019ionS/Cm2，制得金属纳米粒子修饰的碳材料。上述方案中，将碳材料负载在基片之前对碳材料进行预处理，具体步骤为:将碳材料在混酸条件下，超声反应5~10h,用去离子水配置浓度为0.lmg/mL的碳材料悬池液,并将碳材料悬浊液负载在基片上，50^60 V烘干。上述方案中，所述基片为载玻片或硅片。上述方案中，所述混酸为体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合。上述方案中，所述的碳材料为石墨、玻碳、碳粉、碳纤维、富勒烯、纳米碳管、或石墨烯。上述制备方法所制备得到的金属纳米粒子修饰的碳材料。由于采用上述技术方案，本专利技术提出ー种金属纳米粒子修饰碳材料的新エ艺，采用离子注入技术将金属纳米粒子入射到碳材料中，离子注入制备的金属纳米粒子修饰的碳材料操作简便可控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属纳米粒子修饰的碳材料的制备方法，其特征在于，将负载了碳材料的基片置于离子注入机的样品台上，抽真空至1×10?2~1×10?5Pa，将用于修饰的金属作为靶材，离子注入的加速电压为1~100KV，离子注入剂量为1×1015~1×1019ions/cm2，制得金属纳米粒子修饰的碳材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁峰，陈荣生，倪红卫，刘颖竹，詹玮婷，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：