Page 42 - 《精细化工》2023年第1期

·34· 精细化工 FINE CHEMICALS
化活性、电学性能、光学性质、生物医药性能等赋
予内核颗粒。核壳结构纳米复合材料的结构多样，
理化特性优异、可调，使其在光学、电学、化学、
生物医学等众多领域应用前景广泛。
核壳结构复合材料的应用广泛，制备方法多样。
其中，具有独特物理化学特性、优越催化性能的核
壳结构纳米复合催化剂的制备、性能及应用研究已
成为业界关注的热点之一。应用惰性粒子和小尺寸
纳米材料作为壳层，可先形成一个密封的微环境，
作为富集反应物分子的微反应器，以此来提高催化
反应速率。另外，密封惰性壳层还具有优异的保护
作用，能够减少使用过程中核内纳米颗粒的迁移、
团聚和烧结，有效提高催化剂的稳定性，延长催化
剂的使用寿命；而且，小尺寸纳米粒子作为壳层
能够有效减少催化剂表面的积炭；此外，内核与
外壳之间的强相互作用，能够稳定催化剂结构，
且内核纳米粒子与外壳层之间的空隙作为受限微
型反应器，能够增加反应物分子的吸附能力，提
高催化活性 [4-5] 。
纳米核壳催化材料的结构设计、可控制备、催
化性能提升、应用领域拓展等方面的研究已成为当
前材料、催化科学领域重要且新颖的研究方向之一。
1 核壳结构纳米复合材料的分类
根据内核和外壳材料种类的不同，核壳结构纳
米复合材料分类如图 1 所示。
图 1 核壳结构纳米复合材料的分类：无机-无机（a）；无
[1]
[2]
机-有机 （b）；有机-无机 （c）；有机-有机 （d）；
[4]
多核核壳型 （e）；多层核壳型（f）；空心内腔（g）
Fig. 1 Classification of core-shell nanocomposites: Inorganic-
[1]
inorganic (a); Inorganic-organic (b); Organic-
[2]
inorganic (c); Organic-organic
[4]
core-shell type (e); Multilayer core-shell type (f);
Hollow lumen type (g)
第 40 卷
1.1 无机-无机核壳型复合材料
无机-无机核壳型结构主要包括金属-金属、金属-
氧化物、氧化物-氧化物等类型，如 Me@TiO 2 （Me =
[5]
[6-7]
Au、Pd、Pt） 、Me@SiO 2 （Me = Au、Ag） 、Me@Me
（Me = Au、Pd、Pt） [8-10] 和 Fe 3 O 4 @SiO 2 [11-12] 等。
贵金属具有化学性质稳定、催化活性高、电学
性能优异等诸多优点，在金属-金属、金属-氧化物
核壳纳米材料中应用广泛。SALAVATI- NIASARI
2–
等 [13] 以 PtCl 4 为前驱体、聚丙烯酸钠为保护剂，将
Pt 包覆在 Au 胶粒上得到了一系列 Au@Pt 纳米粒
子； ZHANG 等 [10] 合成了动力学稳定的八面 体
Pd@Pt 纳米粒子，选用适当厚度 Pt 壳制备得到的
Pd@Pt 催化剂可以获得优异的催化活性和结构稳
定性。
SiO 2 是另一种常见的无机-无机核壳复合材料
的组成成分。SiO 2 具有许多优良特性，如化学惰性、
亲水性、结构/热稳定性、尺寸及孔隙率可控等，经
常被用作核壳材料的壳层与金属或金属氧化物纳米
颗粒结合，形成性能优良的核壳型纳米复合材料。
目前，以 SiO 2 为壳的核壳型纳米颗粒是无机-无机核
壳型复合材料中应用最广、研究最普遍的类型。
1.2 无机-有机核壳型复合材料
无机-有机核壳型纳米颗粒通常是由无机物（如
金属、金属氧化物、金属化合物、无机非金属氧化
物等）为内核，聚合物或其他高密度的有机物为外
部壳层构成，这种材料具有许多优异特性，如：金
属核不易氧化 [13] 、生物相容性高 等。
[1]
SiO 2 制备技术成熟，其表面≡≡Si—OH 键容易进
行改性、修饰，是目前最为常用的无机内核材料。当
然，诸如 Fe 3O 4、TiO 2、Al 2O 3、ZrO 2 等金属氧化物也
可以用来作为核材料。如 ZENG 等 [14] 制备了具有规则
结构、尺寸分布均匀的 Fe 3 O 4 @聚(4-乙烯基吡啶)复
合材料，其能有效吸附水中的刚果红，且可通过磁
分离法再利用。
1.3 有机-无机核壳型复合材料
有机-无机核壳型纳米颗粒的内核一般是聚苯
乙烯 [15] 、聚氨酯 [16] 等有机聚合物，外壳层为无机物。
有机-无机核壳型纳米颗粒通常兼具有机材料和无
机材料的特性，裸露在外的无机组分的结构、理化
特性可以得到更好的体现，在药物担载、催化剂等
方面应用广泛，亦可作为具有耐磨、阻燃、防腐、
[3]
耐刮伤、抗菌、抗光催化降解有机功能性涂料使用。
[2]
JIA 等 制备得到了一种基于聚（2,2,6,6-四甲基哌啶
基氧基-4-甲基丙烯酸甲酯）（PTMA）核和多孔 SiO 2
壳的核壳纳米粒子 PTMA@SiO 2 ，与碳纳米管进一
[3] (d); Multicore
步组装后得到的 PTMA@SiO 2 多壁碳纳米管复合材
料，作为锂离子电池的阴极材料具有优异性能。