表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子胶态碳球的制备方法 【技术领域】
本发明涉及纳米 / 微米尺度碳球材料制备技术领域， 尤其是涉及表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子胶态碳球的制备方法。背景技术 自从发现 C60 和碳纳米管以来， 在世界范围内便开展了对碳素材料的全面研究。 不 同形貌碳材料在许多方面有着潜在的应用价值， 因此具有独特结构的碳材料已经引起了人 们的广泛关注。许多不同形貌碳材料如碳葱、 碳锥、 碳珠、 碳球等已经被成功地合成。在这 些不同形貌的碳材料中， 碳球作为一种新型材料由于其类似于富勒烯或石墨性质而受到重 视。这些相似性质使得碳球广泛应用于金刚石膜的制备、 润滑材料、 特殊橡胶添加剂、 高强 复合材料、 吸附剂、 锂离子二次电池负极材料和催化剂的载体等。到目前为止， 尺寸大小从 纳米级到微米级和结构不同的球形碳材料已经成功地通过不同的方法制备出来。此外， 碳 球按照其尺寸大小分为 ： 富勒烯 Cn 族， 碳葱 (2nm ～ 20nm)， 碳球 (50nm ～ 1μm) 和碳珠 ( ＞ 1μm)。
目前制备碳球的方法很多， 包括化学气相沉积法、 碳源和催化剂的高温分解、 电弧 等离子体技术、 混合价氧化物催化碳化、 模板法和溶剂热法等。其中， 溶剂热法是合成具有 特殊结构和性能化合物与新材料的一种有效方法。清华大学的李亚栋等用水热法在 200℃ 以下的低温， 以葡萄糖作碳源合成了带有羟基和羰基等功能团的胶状碳球， 这些表面有活 性基团的碳球可与其它离子作用形成表面负载金属的碳球， 但这种表面负载金属的碳球合 成需要另外添加金属盐溶液及合成过程需要分布进行。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简便、 条件 易控、 经济的可用于大规模生产、 纯度高、 球形好、 尺寸可调的表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子 胶态碳球的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现 ：
表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子胶态碳球的制备方法， 其特征在于， 该方法包括以下 步骤 ：
(1) 将二茂铁甲酸分散在无水乙醇中， 控制二茂铁甲酸在无水乙醇中的浓度为 1.25mg/mL ～ 8.75mg/mL ；
(2) 将步骤 (1) 得到的混合物加入到反应釜中 ；
(3) 将反应釜置于控温炉中加热到 140 ～ 180℃反应 4 ～ 28 小时， 取出容器， 自然 冷却至室温， 得到黑色产物， 洗涤， 离心分离， 即得所需产品。
所述的二茂铁甲酸的纯度不低于化学纯。
步骤 (3) 中所述的洗涤采用无水乙醇、 无水乙醇和丙酮依次洗涤 2 ～ 4 次。
与现有技术相比， 本发明操作简便、 条件易控、 经济的可用于大规模生产胶态碳球制备， 用一步负载胶态碳球表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子， 该方法能够制备出纯度高、 球形 好、 尺寸可调的胶态碳球， 并且其表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子， 并且磁性纳米粒子的负载 量可调， 在靶向药物， 免疫医学， 分离技术等方面有较大的应用潜力， 具体包括以下优点 ：
(1) 本发明实现了在一步合成胶态碳球同时表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子， 并且负 载量可调节， 简化了实验过程。
(2) 本发明不使用任何催化剂、 添加剂及金属盐溶液， 因此本发明具有经济、 成本 廉价的特点。
(3) 采用本发明的方法可以制备出纯度高、 球形好、 尺寸可调的表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子的胶态碳球。
(4) 本发明工艺参数可调， 整个制备过程操作简便， 条件易控， 而且产物后处理方 便， 因此易于大规模的生产。
(5) 本发明在制备时不产生对环境有污染的副产物， 符合可持续发展要求， 是一种 环保型合成工艺。 附图说明
图 1 为实施例 1 得到产品的 SEM 照片 ； 图 2 为实施例 1 得到产品的 TEM 照片 ； 图 3 为实施例 2 得到产品的 SEM 照片 ； 图 4 为实施例 2 得到产品的 TEM 照片 ； 图 5 为实施例 2 得到产品的 XRD 图 ； 图 6 为实施例 2 得到产品的 VSM 图 ； 图 7 为实施例 6 得到产品的 TEM 照片 ； 图 8 为实施例 7 得到产品的 TEM 照片 ；具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例 1
表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子胶态碳球的制备方法， 包括以下步骤 ：
(1) 将 30mg 二茂铁甲酸分散在 8mL 无水乙醇中。
(2) 把步骤 (1) 得到的混合物加入到容积为 13mL 的反应釜中。
(3) 将步骤 (2) 中装有混合物的反应釜置于控温炉中加热到 160℃反应 24 小时， 取出容器， 自然冷却至室温。得到黑色产物， 用无水乙醇和丙酮依次洗涤合成产物， 离心分 离， 即得所需产物。
图 1 和图 2 为此反应条件所得产物的 SEM 和 TEM 图， 由图中可以看出， 胶态碳球的 平均尺寸约为 100nm。
实施例 2
表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子胶态碳球的制备方法， 包括以下步骤 ：
(1) 将 50mg 二茂铁甲酸分散在 8mL 无水乙醇中。
(2) 把步骤 (1) 得到的混合物加入到容积为 13mL 的反应釜中。(3) 将步骤 (2) 中装有混合物的反应釜置于控温炉中加热到 160℃反应 24 小时， 取出容器， 自然冷却至室温。得到黑色产物， 用无水乙醇和丙酮依次洗涤合成产物， 离心分 离， 即得所需产物。
图 3 和图 4 为此反应条件所得产物的 SEM 和 TEM 图， 胶态碳球的平均尺寸约为 150nm。从 TEM 图上可以看出， 在胶态碳球的表面负载有磁性 Fe3O4 纳米粒子。图 5 和图 6 为此反应条件所得产物的 XRD 和 VSM 图。从图中可以判定负载纳米粒子为 Fe3O4， 并且此纳 米粒子具有超顺磁性的效应。
实施例 3
表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子胶态碳球的制备方法， 包括以下步骤 ：
(1) 将 70mg 二茂铁甲酸分散在 8mL 无水乙醇中。
(2) 把步骤 (1) 得到的混合物加入到容积为 13mL 的反应釜中。
(3) 将步骤 (2) 中装有混合物的反应釜置于控温炉中加热到 160℃反应 24 小时， 取出容器， 自然冷却至室温。得到黑色产物， 用无水乙醇和丙酮依次洗涤合成产物， 离心分 离， 即得所需产物。
此反应条件所得胶态碳球的平均尺寸约为 200nm。 实施例 4
表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子胶态碳球的制备方法， 包括以下步骤 ：
(1) 将 50mg 二茂铁甲酸分散在 8mL 无水乙醇中。
(2) 把步骤 (1) 得到的混合物加入到容积为 13mL 的反应釜中。
(3) 将步骤 (2) 中装有混合物的反应釜置于控温炉中加热到 160℃反应 4 小时， 取 出容器， 自然冷却至室温。 得到黑色产物， 用无水乙醇和丙酮依次洗涤合成产物， 离心分离， 即得所需产物。
此反应条件所得胶态碳球的平均尺寸约为 400nm。
实施例 5
表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子胶态碳球的制备方法， 包括以下步骤 ：
(1) 将 50mg 二茂铁甲酸分散在 8mL 无水乙醇中。
(2) 把步骤 (1) 得到的混合物加入到容积为 13mL 的反应釜中。
(3) 将步骤 (2) 中装有混合物的反应釜置于控温炉中加热到 160℃反应 28 小时， 取出容器， 自然冷却至室温。得到黑色产物， 用无水乙醇和丙酮依次洗涤合成产物， 离心分 离， 即得所需产物。
此反应条件所得胶态碳球的平均尺寸约为 150nm。
实施例 6
表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子胶态碳球的制备方法， 包括以下步骤 ：
(1) 将 50mg 二茂铁甲酸分散在 8mL 无水乙醇中。
(2) 把步骤 (1) 得到的混合物加入到容积为 13mL 的反应釜中。
(3) 将步骤 (2) 中装有混合物的反应釜置于控温炉中加热到 140℃反应 24 小时， 取出容器， 自然冷却至室温。得到黑色产物， 用无水乙醇和丙酮依次洗涤合成产物， 离心分 离， 即得所需产物。
图 7 为此反应条件所得产物的 TEM 图。胶态碳球的平均尺寸约为 150nm。从 TEM
图上可以看出， 反应温度在 140℃时， 胶态碳球的表面比较光滑， 负载的磁性 Fe3O4 纳米粒子 较少。
实施例 7
表面负载磁性 Fe3O4 纳米粒子胶态碳球的制备方法， 包括以下步骤 ：
(1) 将 50mg 二茂铁甲酸分散在 8mL 无水乙醇中。
(2) 把步骤 (1) 得到的混合物加入到容积为 13mL 的反应釜中。
(3) 将步骤 (2) 中装有混合物的反应釜置于控温炉中加热到 180℃反应 24 小时， 取出容器， 自然冷却至室温。得到黑色产物， 用无水乙醇和丙酮依次洗涤合成产物， 离心分 离， 即得所需产物。
图 8 此反应条件所得产物的 TEM 图。胶态碳球的平均尺寸约为 250nm。从 TEM 图 上可以看出， 反应温度在 180℃时， 胶态碳球的表面光滑度下降， 表面较粗糙， 负载的磁性 Fe3O4 纳米粒子增多。