一种瓶状二氧化锰纳米马达及其制备方法与流程

本发明属于胶体马达，具体涉及一种瓶状二氧化锰纳米马达及其制备方法。

背景技术：

1、胶体马达具有可控自驱动能力，能够用作货物运输、环境污染治理、分析检测等领域。化学驱动胶体马达是最常见的胶体马达驱动机制，化学驱动不需要复杂的外部装置，通常是利用不对称分布在胶体马达上的催化剂催化体系中的燃料产生化学反应，从而由胶体马达周围的不对称场驱动胶体马达运动，可以分为自电泳驱动、自扩散驱动和气泡驱动，气泡驱动胶体马达具有运动速度快、自驱动能量转化效率高、受体系中电解质影响小的优点。胶体马达的结构对于气泡驱动胶体马达的运动行为和速度都有着影响，胶体马达的制备方法分为自上而下和自下而上的方式，能够根据实际应用需要设计得到相应结构的胶体马达。而目前常见的气泡驱动胶体马达的结构往往过于简单，一般通过制备球型janus结构、管状结构等；并且所选用的催化剂往往是过于贵重的铂粒子进行催化，不利于胶体马达的商业化。

2、现有的胶体马达往往是通过制备简单的球型和管状等结构，不利于催化剂的负载；现有胶体马达所选用一些催化剂粒子如铂粒子等，增强对过氧化氢的催化效率以实现更好的运动效果，但选用的催化剂粒子成本高不适合产品商业化等。

技术实现思路

1、本发明要解决现有的胶体马达结构不利于催化剂的负载同时不适合产品商业化等问题，而提供了一种瓶状二氧化锰纳米马达及其制备方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：

3、本发明将油酸钠和三嵌段共聚物p123两种表面活性剂溶解在去离子水中，通过充分搅拌得到稳定存在并且均匀分布的纳米乳液，纳米乳液作为胶体粒子的制备的软模板参与下一步反应。在乳液中添加核糖作为碳源，核糖溶液可以为反应体系提供酸性的反应环境，同时核糖的水解产物能够在一定的温度与压力条件下在纳米乳液表面聚合形成碳质的外壳。然后，在水热反应釜中进行水热反应，随着温度和压力的升高，含有高分子的纳米乳液发生溶胀作用，导致碳质外壳产生破裂形成开口，纳米乳液不断流出在开口处连续形成新界面，在新界面处核糖的聚合反应导致瓶颈的生成。将反应釜自然冷却至室温后，离心收集固体产物，用水和乙醇多次洗涤后，获得具有不对称结构、大空腔、粒径均一的瓶状胶体粒子，为制备瓶状胶体马达提供了具有瓶状的外壳。再采用原位生长法将mno2纳米粒子负载在瓶状胶体粒子上。

4、本发明的目的在于提供一种瓶状二氧化锰纳米马达，所述的瓶状二氧化锰纳米马达由瓶状骨架和纳米mno2粒子组成，其中纳米酶催化剂包覆于瓶状骨架外部或装载其内部；所述骨架材料为聚戊糖。

5、进一步地限定，所述骨架材料是由油酸钠，三嵌段共聚物p123和d-核糖制成的。

6、进一步地限定，所述聚戊糖瓶状骨架的直径为100nm～10μm。

7、本发明的目的在于提供了一种瓶状二氧化锰纳米马达的制备方法，所述制备方法是按下述步骤进行的：

8、步骤1、将d-核糖溶于去离子水，在室温下磁力搅拌至d-核糖完全溶解且均匀分布，得到溶液a；

9、将油酸钠和三嵌段共聚物p123溶于去离子水中，在室温下磁力搅拌至形成的纳米乳液均匀分散；

10、将配置的两种溶液混合，磁力搅拌至均匀，然后水热反应，反应完毕后自然冷却至室温，离心，用蒸馏水和乙醇交替清洗，烘干，得到瓶状骨架；

11、步骤2、向瓶状骨架中加入蒸馏水，超声至完全分散，通入氩气至溶液鼓泡，持续通入氩气缓慢滴加pah溶液，滴加完毕后继续通氩气至少30min，取出溶液，滴入烧杯中；缓慢滴加高锰酸钾溶液至取出的溶液中，滴加完毕放入磁转子，缓慢搅拌至少30min，离心水洗，取沉淀物，重复离心水洗至溶液澄清无颜色，沉淀物即为制备出的瓶状二氧化锰纳米马达。

12、进一步地限定，步骤1中将0.12mmol油酸钠和0.0075mmol三嵌段共聚物p123溶于20ml去离子水中。

13、进一步地限定，步骤1中，在160℃密封条件下水热反应11小时。

14、进一步地限定，步骤2中，5～20mg瓶状骨架加入5～10ml蒸馏水。

15、进一步地限定，步骤2中，高锰酸钾溶液是将30mg～63mg高锰酸钾粉末，溶于5ml～10ml蒸馏水中，并超声30min。

16、进一步地限定，步骤2中，pah溶液是将25mg～74.8mgpah溶于2ml蒸馏水中配置的。

17、本发明的瓶状二氧化锰纳米马达具有瓶状的外观形貌并具有中空结构；所述制备方法首先利用软模板法和水热合成法制备具有瓶状结构的胶体粒子，并通过化学合成的方法在瓶状结构上负载不同形貌的纳米mno2粒子，使其能催化过氧化氢产生氧气，实现该胶体马达的自主运动。催化剂在胶体马达上的负载量以及在其表面的不对称分布情况，对胶体马达驱动机理以及能量转化效率都有着很大的影响。本发明通过纳米二氧化锰粒子催化过氧化氢产生浓度梯度和纳米气泡，从而驱动该瓶状二氧化锰纳米马达自主运动。

18、与现有胶体马达相比，本发明的瓶状二氧化锰纳米马达其瓶状胶体粒子具有很大的表面积和空腔结构，在瓶状胶体粒子上负载mno2纳米粒子，可以很好地提高瓶状胶体马达的催化效率；并且瓶状胶体粒子自身具有很好的不对称特性，在其上负载mno2纳米粒子更有利于在胶体马达周围形成不对称的作用力，从而使该胶体马达相对于普通的janus胶体马达具有优异的自推进能力。本发明瓶状二氧化锰纳米马达具有较好的生物相容性和生物可降解性，且制备工艺简单，制备成本低廉可实现工业化批量生产。瓶状二氧化锰纳米马达通过分解过氧化氢产生气泡驱动，具有更强的驱动力，受电解质影响较小，能在体液中实现高效驱动。

19、为了能够更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明详细说明与附图，然而所附的附图仅提供参考和说明之用，并非用来对本发明加以限制。

技术特征：

1.一种瓶状二氧化锰纳米马达，其特征在于，所述的瓶状二氧化锰纳米马达由烧瓶状骨架和纳米mno2粒子组成，其中纳米酶催化剂包覆于烧瓶状骨架外部或装载其内部；所述骨架材料为聚戊糖。

2.根据权利要求1所述的瓶状二氧化锰纳米马达，其特征在于，所述骨架材料是由油酸钠，三嵌段共聚物p123和d-核糖制成的。

3.根据权利要求1或2所述的瓶状二氧化锰纳米马达，其特征在于，所述聚戊糖烧瓶状骨架的直径为100nm～10μm。

4.根据权利要求3所述的瓶状二氧化锰纳米马达，其特征在于，纳米mno2粒子的形貌为球型、片状、须状等。

5.如权利要求1-4任意一项所述的瓶状二氧化锰纳米马达的制备方法，其特征在于，所述制备方法是按下述步骤进行的：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于步骤1中将3gd-核糖溶于20ml去离子水；步骤1中将0.12mmol油酸钠和0.0075mmol三嵌段共聚物p123溶于20ml去离子水中。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于步骤1中，在160℃密封条件下水热反应11小时。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于步骤2中，将5mg～20mg烧瓶状骨架加入5ml～10ml蒸馏水。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于高锰酸钾溶液是将30mg～63mg高锰酸钾粉末，溶于5ml～10ml蒸馏水中，并超声30min。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于pah溶液是将25mg～74.8mgpah溶于2ml蒸馏水中配置的。

技术总结
本发明公开了一种瓶状二氧化锰纳米马达及其制备方法，属于胶体马达技术领域。本发明要解决现有的胶体马达不利于催化剂的负载同时不适合产品商业化等问题。本发明瓶状MnO<subgt;2</subgt;胶体马达由瓶状骨架和纳米MnO<subgt;2</subgt;粒子组成，其中纳米酶催化剂包覆于瓶状骨架外部或装载其内部；所述骨架材料为聚戊糖。所述制备方法首先利用软模板法和水热合成法制备具有瓶状结构的胶体粒子，并通过化学合成的方法在瓶状结构上负载不同形貌的纳米MnO<subgt;2</subgt;粒子。本发明瓶状二氧化锰纳米马达具有较好的生物相容性和生物可降解性，且制备工艺简单，制备成本低廉，可实现工业化批量生产；通过分解过氧化氢产生气泡驱动，具有更强的驱动力，受电解质影响较小，能在体液中实现高效驱动。

技术研发人员：贺强,林显坤,聂柏洋,杨玲
受保护的技术使用者：国科温州研究院（温州生物材料与工程研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15