金属核壳纳米材料的研究进展

陈子璠，程 凯，朴文香

（延边大学，吉林延吉 133000）

金属核壳纳米材料的研究进展

陈子璠，程 凯，朴文香*

（延边大学，吉林延吉 133000）

纳米科学被认为是21世纪首要的科学领域，它所探寻的是人类过去从未涉及过的非宏观、非微观的中间范畴，使人们改造自然的能力伸延到分子、原子水平，标志着人类的科学技术进入了一个新的时代。近年来，金属核壳结构纳米材料的设计、制备、改良等已经成为材料科学前沿一个日趋重要的研究范畴。金属核壳结构纳米粒子的粒径、形状、组分和表面性质的可调性为新颖功能化材料的构筑和应用提供了一个广阔的空间，在医学治疗、生物监测、药物载体，催化生产等方面均有广泛的应用前景。

金属核壳结构；纳米材料；低温熔盐法；光催化；光热治疗

随着纳米科学与技术的发展，人们对纳米材料的要求越来越高，尤其体现在制备、性质、应用等方面。一种纳米微粒的性质是有限的，但如果通过某些物理或化学的作用将单一物质纳米微粒与其他物质相互连接，形成复合型纳米微粒，将会呈现出不同的性质。核壳型纳米粒子就是以一种纳米粒子为核，外覆以其他元素为壳改良的新型纳米材料。本文旨在关注金属纳米核壳材料的研究进展及相关应用。

1 金属核壳纳米材料概念

金属纳米粒子由于尺寸小，比表面积大，因此具有常规块体材料无法比拟的优良性能，但其表面活性高，易团聚，在空气中易被氧化等缺陷，大大限制了其使用性能和应用范围[3]，因此人们研制出了核壳型纳米材料。核壳型纳米微粒易表现出不同于原有纳米粒子的性能，如表面化学组成、靶向性、稳定性、延展性、的改变等，这些粒子被人为设计和可控制备以满足特定的要求。

2 金属核壳纳米材料的主要制备方法

金属核壳纳米材料以金属（或其氧化物）为壳，外覆以金属或非金属元素的核壳纳米结构，除了溶胶-凝胶法、光沉积法、层层自组装法、表面改性法、超声分散法、水热法、静电纺丝法、外延种子生长法等传统制备方法外，人们也在不断尝试新的方法以更好地制备金属核壳纳米材料。如：低温熔盐法。

低温熔盐法是将盐与反应物按照一定的比例均匀混合后，在相对低温的条件下加热使盐熔化，反应物在盐的熔体中进行反应从而生成目标产物的过程。Liu等将LiCl和LiNO3与三价铁的六水氯化合物反应，在低温锂盐条件下熔融，冷却后用蒸馏水清洗生成Fe2O3作为核结构。这种方法减少了加热次数，节约能源的同时提高了效率。

3 实际应用

3.1 提高催化氧化效率

Pan等用水热法和外延生长法等制得Ag-Ru/CeO2和Ag-Ru/Al2O3，并负载于载体表面中空结构Ru纳米颗粒得到hRu/CeO2和hRu/Al2O3。单独的CeO2对苯催化氧化的活性很低，而包覆有核壳结构的Ag-Ru/CeO2则对催化活性有明显的促进作用。

3.2 光催化

光催化是指光照条件下，催化剂被活化从而拥有一定催化作用的现象，光催化剂材料作用广泛，如将太阳能转换成化学能和电能；利用太阳能，来促进光催化反应的进行，达到污染物降解的目的等，在催化降解的过程中，光催化材料与污染物中的元素发生反应，使其降解成无毒无害的小分子物质，来彻底降解净化污染物。例如，Cu2O就是一种性能优异的P型半导体材料。电子、磁学及光学性质特殊，包覆以核壳纳米结构后，在光催化等领域拥有广阔的应用前景。

3.3 光热治疗

光热在治疗癌症和传染性疾病方面是当前最有前景的研究方向之一。Zhang将适配体标记的Au@Ag壳纳米粒子成功用在了人类乳腺癌细胞（MCF-7）的检测和光热治疗上。该纳米结构具有很强的吸收近红外福射的能力，并且能够有效地将产生的热传递给癌细胞。通过MCF-7细胞表面的MUC1黏液素和其适配体之间的强的相互作用，纳米结构能够结合在MCF-7细胞的表面，此时光热疗法能够确保在特定的细胞上产生高温并杀死特定的细胞，因而避免了对正常细胞和周围正常组织的损伤，对癌症的治疗有巨大的应用价值。

3.4 水质的检测及吸附作用

环境污染现象日益严重，水质的检测及水中污染物的吸附脱除变得十分重要。Chen等用水热法、层层自组装法等方式修饰得到的Fe3O4@HKUST-1-C18，通过取样分析，证实其可用于环境水中PAHs 的快速检测。Zhu等通过XRD衍射、红外光谱等进行表征，证实制备了具有多层核壳结构的Fe3O4/NTA和Fe3O4/EDTA磁性纳米复合粒子晶粒粒径在12～20nm，具有良好的磁性，对吸附水中重金属等效果良好，生物降解性好，且对环境污染小。

3.5 生化检测

Zhang等采用种子生长法通过两步连续还原合成了Au/Ag核-壳纳米粒子，并将其作为颜色指示剂构建了一种新型的检测H2O2和葡萄糖的方法。本方法主要是依赖H2O2对Au/Ag核-壳纳米粒子中的银纳米粒子的氧化作用来实现其检测的。其优点有：Au/Ag核-壳纳米粒子具有较高的消光系数，该方法显示出了较好的灵敏度；检测结果可直接用肉眼观察，简单易行；选择性好，并能够应用于复杂实际样品中葡萄糖的检测；能够拓展应用于其他能够在特定的酶存在下产生H2O2的物质（如胆碱，乳酸等）的检测等，为灵敏的用于生化和临床检测的传感器提供了新思路，具有广阔的应用前景。

3.6 药物释控

如果有较高的载药率、良好的生物相容性和控释能力，且具备良好的细胞或组织特异性（即靶向性），可认为是比较理想的可控药物传输系统，核壳结构的Fe3O4@SiO2磁性复合材料磁响应性、生物相容性好、表面可化学修饰的和毒副作用小，因此能较好解决药物靶向释放问题[6]。

4 总结与展望

随着科技的进步与发展，金属核壳纳米材料无论从制备手段还是应用前景方面都有很大的突破与进展。我们可以看到，制备方式的多样性使得制得的产品纯度更高，作用效果更强；应用前景的多元性使得其实际作用效果更为广泛。我们希望，通过不断地研究创造，将来能够发掘出更绿色、效率更好、产率更大的制备方法。尤其对于金属核壳纳米材料用于药物治疗、生化检测等方面，是否会出现核壳分离或与原粒子、细胞等反应甚至有什么潜在不确定危险还未可知，因此金属核壳纳米粒子在医疗上的安全问题是未来的研究方向。金属核壳纳米材料需要实现真正高效、准确的检测，可以更好地解决病症，造福人类。

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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

陈子璠（1996—），女，吉林长春人，主要研究方向为高分子材料。