金屬核殼納米材料的研究進展

陳子璠，程 凱，樸文香

（延邊大學，吉林延吉 133000）

金屬核殼納米材料的研究進展

陳子璠，程 凱，樸文香*

（延邊大學，吉林延吉 133000）

納米科學被認為是21世紀首要的科學領域，它所探尋的是人類過去從未涉及過的非宏觀、非微觀的中間范疇，使人們改造自然的能力伸延到分子、原子水平，標志著人類的科學技術進入了一個新的時代。近年來，金屬核殼結構納米材料的設計、制備、改良等已經成為材料科學前沿一個日趨重要的研究范疇。金屬核殼結構納米粒子的粒徑、形狀、組分和表面性質的可調性為新穎功能化材料的構筑和應用提供了一個廣闊的空間，在醫(yī)學治療、生物監(jiān)測、藥物載體，催化生產等方面均有廣泛的應用前景。

金屬核殼結構；納米材料；低溫熔鹽法；光催化；光熱治療

隨著納米科學與技術的發(fā)展，人們對納米材料的要求越來越高，尤其體現(xiàn)在制備、性質、應用等方面。一種納米微粒的性質是有限的，但如果通過某些物理或化學的作用將單一物質納米微粒與其他物質相互連接，形成復合型納米微粒，將會呈現(xiàn)出不同的性質。核殼型納米粒子就是以一種納米粒子為核，外覆以其他元素為殼改良的新型納米材料。本文旨在關注金屬納米核殼材料的研究進展及相關應用。

1 金屬核殼納米材料概念

金屬納米粒子由于尺寸小，比表面積大，因此具有常規(guī)塊體材料無法比擬的優(yōu)良性能，但其表面活性高，易團聚，在空氣中易被氧化等缺陷，大大限制了其使用性能和應用范圍[3]，因此人們研制出了核殼型納米材料。核殼型納米微粒易表現(xiàn)出不同于原有納米粒子的性能，如表面化學組成、靶向性、穩(wěn)定性、延展性、的改變等，這些粒子被人為設計和可控制備以滿足特定的要求。

2 金屬核殼納米材料的主要制備方法

金屬核殼納米材料以金屬（或其氧化物）為殼，外覆以金屬或非金屬元素的核殼納米結構，除了溶膠-凝膠法、光沉積法、層層自組裝法、表面改性法、超聲分散法、水熱法、靜電紡絲法、外延種子生長法等傳統(tǒng)制備方法外，人們也在不斷嘗試新的方法以更好地制備金屬核殼納米材料。如：低溫熔鹽法。

低溫熔鹽法是將鹽與反應物按照一定的比例均勻混合后，在相對低溫的條件下加熱使鹽熔化，反應物在鹽的熔體中進行反應從而生成目標產物的過程。Liu等將LiCl和LiNO3與三價鐵的六水氯化合物反應，在低溫鋰鹽條件下熔融，冷卻后用蒸餾水清洗生成Fe2O3作為核結構。這種方法減少了加熱次數(shù)，節(jié)約能源的同時提高了效率。

3 實際應用

3.1 提高催化氧化效率

Pan等用水熱法和外延生長法等制得Ag-Ru/CeO2和Ag-Ru/Al2O3，并負載于載體表面中空結構Ru納米顆粒得到hRu/CeO2和hRu/Al2O3。單獨的CeO2對苯催化氧化的活性很低，而包覆有核殼結構的Ag-Ru/CeO2則對催化活性有明顯的促進作用。

3.2 光催化

光催化是指光照條件下，催化劑被活化從而擁有一定催化作用的現(xiàn)象，光催化劑材料作用廣泛，如將太陽能轉換成化學能和電能；利用太陽能，來促進光催化反應的進行，達到污染物降解的目的等，在催化降解的過程中，光催化材料與污染物中的元素發(fā)生反應，使其降解成無毒無害的小分子物質，來徹底降解凈化污染物。例如，Cu2O就是一種性能優(yōu)異的P型半導體材料。電子、磁學及光學性質特殊，包覆以核殼納米結構后，在光催化等領域擁有廣闊的應用前景。

3.3 光熱治療

光熱在治療癌癥和傳染性疾病方面是當前最有前景的研究方向之一。Zhang將適配體標記的Au@Ag殼納米粒子成功用在了人類乳腺癌細胞（MCF-7）的檢測和光熱治療上。該納米結構具有很強的吸收近紅外福射的能力，并且能夠有效地將產生的熱傳遞給癌細胞。通過MCF-7細胞表面的MUC1黏液素和其適配體之間的強的相互作用，納米結構能夠結合在MCF-7細胞的表面，此時光熱療法能夠確保在特定的細胞上產生高溫并殺死特定的細胞，因而避免了對正常細胞和周圍正常組織的損傷，對癌癥的治療有巨大的應用價值。

3.4 水質的檢測及吸附作用

環(huán)境污染現(xiàn)象日益嚴重，水質的檢測及水中污染物的吸附脫除變得十分重要。Chen等用水熱法、層層自組裝法等方式修飾得到的Fe3O4@HKUST-1-C18，通過取樣分析，證實其可用于環(huán)境水中PAHs 的快速檢測。Zhu等通過XRD衍射、紅外光譜等進行表征，證實制備了具有多層核殼結構的Fe3O4/NTA和Fe3O4/EDTA磁性納米復合粒子晶粒粒徑在12～20nm，具有良好的磁性，對吸附水中重金屬等效果良好，生物降解性好，且對環(huán)境污染小。

3.5 生化檢測

Zhang等采用種子生長法通過兩步連續(xù)還原合成了Au/Ag核-殼納米粒子，并將其作為顏色指示劑構建了一種新型的檢測H2O2和葡萄糖的方法。本方法主要是依賴H2O2對Au/Ag核-殼納米粒子中的銀納米粒子的氧化作用來實現(xiàn)其檢測的。其優(yōu)點有：Au/Ag核-殼納米粒子具有較高的消光系數(shù)，該方法顯示出了較好的靈敏度；檢測結果可直接用肉眼觀察，簡單易行；選擇性好，并能夠應用于復雜實際樣品中葡萄糖的檢測；能夠拓展應用于其他能夠在特定的酶存在下產生H2O2的物質（如膽堿，乳酸等）的檢測等，為靈敏的用于生化和臨床檢測的傳感器提供了新思路，具有廣闊的應用前景。

3.6 藥物釋控

如果有較高的載藥率、良好的生物相容性和控釋能力，且具備良好的細胞或組織特異性（即靶向性），可認為是比較理想的可控藥物傳輸系統(tǒng)，核殼結構的Fe3O4@SiO2磁性復合材料磁響應性、生物相容性好、表面可化學修飾的和毒副作用小，因此能較好解決藥物靶向釋放問題[6]。

4 總結與展望

隨著科技的進步與發(fā)展，金屬核殼納米材料無論從制備手段還是應用前景方面都有很大的突破與進展。我們可以看到，制備方式的多樣性使得制得的產品純度更高，作用效果更強；應用前景的多元性使得其實際作用效果更為廣泛。我們希望，通過不斷地研究創(chuàng)造，將來能夠發(fā)掘出更綠色、效率更好、產率更大的制備方法。尤其對于金屬核殼納米材料用于藥物治療、生化檢測等方面，是否會出現(xiàn)核殼分離或與原粒子、細胞等反應甚至有什么潛在不確定危險還未可知，因此金屬核殼納米粒子在醫(yī)療上的安全問題是未來的研究方向。金屬核殼納米材料需要實現(xiàn)真正高效、準確的檢測，可以更好地解決病癥，造福人類。

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Research Progress of Metal Core-shell Nanomaterials

Chen Zi-fan，Cheng Kai，Pu Wen-xiang

Nanoscience is considered to be the primary scientific field of the 21st century.It seeks the non-macroscopic and nonmicroscopic intermediate categories that human beings have never touched before.The ability of people to transform nature is extended to molecular and atomic levels.Human science and technology has entered a new era[1].In recent years，the design，preparation and improvement of metal core-shell nanomaterials have become an increasingly important research field in the forefront of materials science.The tunability of particle size，shape，composition and surface properties of metal core-shell nanoparticles provides a broad space for the construction and application of novel functional materials.In medical treatment，biological monitoring，drug carrier，catalytic production，etc.Aspects of a wide range of applications.

metal core-shell structure；nanomaterials；low-temperature molten salt method；photocatalysis；photothermal treatment

TB383.1；O627

B

1003-6490（2017）12-0062-02

2017-10-12

陳子璠（1996—），女，吉林長春人，主要研究方向為高分子材料。