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磁性纳米颗粒研究热点
近年来
,
磁性纳米颗粒因为其优异的物理化学性质，如良好的磁
性能，大的比表面积，表面易
于功能化而被广泛地应用于各个领域。
主要为催化剂
[1],<
/p>
吸波材料
[2],
生物医学工程
[3],
数据存储等。
磁性纳米颗粒在催化剂方面体现出极大的优势
.
通过将磁性纳
米
颗粒作为核
,
再将表面包覆不同的材
料，如氧化硅，碳，聚合物等构
建核壳纳米颗粒
,
能发展出一种新型催化剂
.
壳层材料提供催化活性，
磁核协同催化。
既能提高催化效率，
同
时在外加磁场对磁性核作用下
可以对催化剂进行分离和控制
.<
/p>
这样就能够实现磁性纳米颗粒的可磁
性
回
收
和
重
复
使
用
[4]
。
如
Xuan[5]
等
通
过
制
备
F
e3O4/Polyaniline/Au
大幅提高了催化剂的可循环利用次数
,
从而方
便的实现将催化剂控制和回收，将催化
剂的循环利用
,
因此也降低了
成本。中
科院的
Huang
和
Liu[6]
等合成的具有高比表面
Ag
的
Fe
3
O
4
@TiO
2
纳米复合材料在半小时内可以完全催化降解
亚甲基蓝溶
液，由于具有磁性
,
所以通
过外磁场分离后可以重复使用，并且重复
使用光催化效率不会降低。
目前通过对磁性纳米颗粒进行表面改性或修饰，
或者壳核
结构设
计，以合成出一系列的催化剂，并成功应用于有机合成中。提高磁性
纳米催化剂的稳定性和分散性是研究重点。使用低毒性且易得的前
体、环境友
好溶剂和载体，
在温和条件下合成稳定性好、活性高的超
顺磁性
纳米催化剂，将是今后磁性纳米催化剂发展方向
[7]
。
随着电子技术的飞速发展
,
人们日常生活中受到的电磁辐射不断
增多
,
同时为适应现代战争的需要
,
隐身材料在武器中将被广泛应用
,
因此
,
吸波材料的研究具有重要的实用价值。磁性吸波材料是目前研
究和应用最多的一类
[8]
。
将类似铁氧体的纳米磁性材料放入涂料中，
能够使涂料既有优良的吸波特性，又有良
好的吸收和耗散红外线性
能。铁氧体系列吸波材料具有吸收率高、涂层薄和频带宽等优点
。铁
氧体按晶体结构的不同，可分为立方晶系尖晶石型
(
AFe2O4
，
A
< br>代表
Mn
，
Zn
，
Ni
，
Mg
等
)
、稀土石榴石型
(
Ln3Fe5O12
，
Ln
代表
Y
，
Sm
，
Eu
，
Gd
，
Tb
，
Dy
，
Ho
，
Er
，
Tm
，
Lu
等
)
和六角晶系磁铅石型
(
AFe12O19
，
A
代表
Ba
，
Sr
，
Ca
等
)
三种。用作吸波材料的主要是尖晶石型和
磁铅石型。目前国内外研究最
多的是对于
Ba
系
M
，
W
和
Z
< br>型六角晶
系铁氧体。
为了提高或者控制铁氧体的性能，<
/p>
离子取代或者掺杂是常
用的手段。
将铁氧
体与其他类型的材料进行复合，
复合材料能够兼具
不同材料的物
化性能，
原有材料的缺陷得以有效改善，
从而可获得良
好的吸波效果。
复合主要有以下四大类
:
碳纳米管与铁氧体复合，
导
电高分子与铁氧
体复合，
金属微粉与铁氧体复合，
不同类型铁氧体复
合等。
Li
[9]
等人通
过简单的溶剂热法制备了新型氧化石墨烯包裹四
氧
化
三
铁
/
酞
菁
铁
.
并
研
究
了
4,4′
-bis(3,4-dicyanophenoxy)biphenyl
(BPH)
含量对微波吸收性能的影响。随着
BPH
含量的增加，所制备
材料对微波的吸收能力增强
，并且当匹配厚度为
2.5
毫米时，在
10.8
GHz
时，
有最大的反射损
耗
?
27.92 dB
。
另外，
磁性纳米颗粒的形貌，
结构也会影响其吸波
性能。
Kun
Jia
[10]
等人合成了松散的
Fe3O
4
纳
米微球，并且通过发现：所合成的松散的纳米
Fe3O4
在微波频段表
现出两个磁损耗峰，分别
为：
4 - 5GHz
，
16 - 1
7GHz
。固体
Fe3O4
微
球只有
4
–
5 GHz
一个峰，因此，后峰是由于松散的圈层结构形态的
影响而产生的
。
理想中的吸波材料应该是厚度薄、密度小、频带宽、吸收强。
而
目前国内外磁性纳米颗粒作为吸波材料还存在在频带窄、
密度
大、
性
能低等缺点。因此，克服这些缺点是以后主要的研究方向
[11]
。
1)
进行多种材料的复合，制备复合型吸波材料，主要是将电
损耗型
材料与磁损耗型材料相复合，
使其更趋于阻抗匹配，
从而改善吸波效
果。
2)
可以对磁性吸波材料的结构进行设计，将其制成不同的形
状，如
纤维状、蜂窝状、团簇状或薄片状，可以降低吸波材料的密度，有效
拓宽吸波频带，提高吸波性能。
在生物医学方面，
磁性纳米颗
粒表面经表面修饰后，
所生成的这
种复合材料具有良好的生物相
容性、
低毒副性、
表面团聚现象得到改
善。因此，可广泛应用于生物医学的各个领域。常用的表面改性手段
有：一种是改性材料
（通常为一些有机小分子化合物）与颗粒表面依
靠化学键结合；
另一种方法则是用有机或无机材料直接包裹磁性纳米
颗粒，主要包括表面活性剂、高分子
聚合物、贵金属以及二氧化
硅等。
目
前，
磁性纳米颗粒在生物医学中的应用，
如生物分离
（细胞、
蛋白质）、靶向载药、热疗、核磁共振成像等是研究热点。
Shao[12]
等人通过可原位合成法合成了
Fe3O4@SiO2@LDH
微球。该微球具有三
维核心<
/p>
?
壳结构和大的比表面积，可用于对标记蛋白的有效磁分离
由于
NiAl-LDH
壳提供了丰富的对接点他的标记蛋白通过
Ni
2+
和之间
的结合标签。此外，因为超顺磁性
Fe<
/p>
3
O
4
核的存在
，如果外加磁场，
可以促进该微球的回收复用。并且
Fe
3
O
4
@SiO2
@ NiAl-LDH
微球显示
出
高<
/p>
的
对
标
记
的
绿
色
荧
光
蛋
白
的
选
择
性
和
稳
定
性
分
离
周
期
。
Ko
ppolu[13]
等人用亚铁和三价铁共沉淀合成靶向药物控释纳米铁氧
化物。其用表面活性剂多库酯钠（
AOT
）表面锈蚀
，最后在将其包覆
PNIPAM
和聚（
D
，
L-
乳酸
-
乙醇酸）（
PLGA
）得到两层壳结
构。
由于磁性纳米颗粒具有很高的比表面积，
且本身又具有磁性，
存
在永久性的团聚作用，因此，制
备尺寸均匀可控、单分散性好的磁性
纳米颗粒仍是今后研究的热点。
磁性纳米颗粒在生物分离、
靶向载药、
热疗等应用有很大的
前景。以后的研究重点集中在
[14]
：
1
）
如何最优化磁性纳米颗粒的制
备和性能，
使其具有强磁响应性能，
进而满足不同领域的应用要
求。对于热疗，须满足高的
Ms
。
2
）提高磁性纳米颗粒的稳定性。
<
/p>
3
）制备生物相容性好的磁性纳米颗粒仍然是以后的研究重点。<
/p>
4
）制备出具有多功能的磁性纳米颗粒
。
磁处理水技术是近几年发展起来
的一门新的污水处理技术。
其主
要是利用废水中杂质颗粒的磁性
对其进行分离。
其中常用的磁性纳米
颗粒为
Fe3O4
。因为其本身具有的高比表面积和表面原子配位不足等
< br>特点，
使其对金属离子具有很强的吸附能力，
且纳米
Fe3O4
超顺磁性
使其容易实现磁分离，
避免材料的浪费和对环境可能造成的二次污
染。并且及表面易于修饰。因此，
Fe3O4
磁性纳米粒子可直接用于重
金属污染水
体治理
[15]
。为了提高
Fe3O4
的吸附量和吸附的特异性，
常常对其表面进行修饰。
常用的修饰材料可以分为无机材料，
有机官
能团，
高分子聚合物，天然高分子，合成高分子聚合物。对于无机材
料，活性炭
[16]
、碳纳米管、石墨烯
[17]
、硅胶、金属氧化物等修饰
的
磁
性
纳
米
颗
粒
已
被
成
功
应
用
于
重
金
属
污
染
水
体
的
治
< br>理
。
Sridhar Vadahanambi[18]
等报道他们采用高度灵活的一次性微波的
合成方法合成了三维石
墨烯
-
碳纳米管
-Fe3O4
（
G-CNT-Fe
）的纳米结
构。
并研究了该材料对污水中的砷的吸附能力。
与二维
的
G-Fe
相比，
三维的
G-CNT-
Fe
的表面体积比增加，因此三维的
G-CNT-Fe
对污水
中的砷的吸附量也增加了。但是对于无机材料修饰磁性纳米吸附剂
，
吸附特异性差是主要缺点。
为了提高吸附的选择性，
而引入了有机官
能团修饰磁性纳米颗粒。
Hak
ami
等
[19]
制备得到的硫醇功
能化介孔
Fe3O4
磁性纳米颗粒（
T
F-SCMNPs
。其对
Hg2+
具有特异吸附性，
15min
内即可
达到吸附平衡，
且吸附剂具有良好重复使用性。
童美萍
等
[20]
采用简单共沉淀的方法合成的
CTAB
修饰核壳结构磁性纳米
粒子（
Fe3O4@CTAB
。具有超顺磁性，在外加磁场作用下
5
min
内
即可实
现固液分离，其对水溶液中
As(
Ⅴ
)
的平衡吸附容量为
23.07
mg/
g
。
有机官能团修饰的磁性纳米颗粒在吸附选择性上存在优势，
但
有机官能团含量较低导致的吸附容量下降是这类吸附剂目前存
在的
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