通过热分解乙酰丙酮锰(II)制备氧化锰纳米粒子

与其他合成方法相比，热分解法能够生成粒径均匀的金属氧化物纳米颗粒，并可精确控制颗粒的尺寸、形貌和化学组成。该技术是一种简便的一步合成法，仅需三种试剂：金属前驱体、有机溶剂和稳定剂。该方法可制备多种类型的纳米颗粒，包括氧化锰和氧化铁。

本实验操作将由我实验室的研究生研究助理 Celia Martinez De La Torre 演示。在开始实验前，将一个四颈500毫升圆底烧瓶放置在加热套上，并用金属爪形夹固定中间的瓶口。

将磁力搅拌子加入圆底烧瓶，并在烧瓶的中间颈口放置一个玻璃漏斗。确保安全阀和进样活塞处于打开状态。通过漏斗向圆底烧瓶中加入1.51克二价锰乙酰丙酮配合物。

向烧瓶中加入20毫升烯丙胺和40毫升二苄基醚。将冷凝管连接到烧瓶的左侧瓶口，并使用金属爪形夹将冷凝管固定在烧瓶上。将玻璃弯管接头连接至冷凝管顶部，并将旋转蒸发仪捕集装置连接到圆底烧瓶的右侧瓶口。

将玻璃弯管接头安装在旋转蒸发仪冷阱顶部，并将橡胶塞折叠套在圆底烧瓶的中颈上，使两侧覆盖住烧瓶颈部。

使用塑料锥形接头夹固定玻璃仪器的接口连接。将温度探头插入棕色底瓶最窄的瓶颈中。使用瓶口盖和O形圈将探头和反应混合物固定牢固，确保探头不与玻璃接触。

将温度探头连接至温度控制器的输入端，将加热套连接至温度控制器的输出端，并打开搅拌器以开始对溶液进行剧烈搅拌。打开无氧氮气罐，使氮气缓慢通入系统，调节减压阀以控制气流，直至矿物油鼓泡器中心形成稳定连续的气泡流。

然后打开通风橱中通往冷凝器的冷水，并关闭此阀门。进行纳米颗粒合成时，打开温度控制器以启动反应，并监测实验过程中温度的变化。当温度达到280摄氏度时，关闭氮气罐并关闭右侧旋塞阀。

温度将在280摄氏度保持30分钟。在此期间，反应液颜色将变为绿色，表明已生成二氧化锰。当反应体系冷却至室温后，关闭温度控制器、搅拌器和水源，将二氧化锰纳米颗粒溶液倾入一个洁净的500毫升烧杯中。

向烧杯中加入两倍体积的200度乙醇。将纳米颗粒混合物均分为四份，分别加入四个离心管中。盖紧管盖后，通过离心沉淀纳米颗粒，并弃去棕黄色的澄清上清液。

向每根试管中加入五毫升己烷，并通过涡旋重新悬浮纳米颗粒。加入额外的纳米颗粒溶液和200 proof乙醇至每根试管达到四分之三满，再次离心纳米颗粒。

将每管纳米颗粒用5毫升正己烷通过涡旋重新悬浮，并将四管溶液合并至两管中。每管中加入200 proof乙醇至体积达到约四分之三满，再次离心纳米颗粒。弃去几乎无色且澄清的上清液。

将纳米颗粒重新悬浮于5 mL己烷中，并用涡旋振荡器混匀。将两支试管中的全部液体转移至20 mL玻璃闪烁瓶中，并在通风橱中过夜蒸发己烷。

第二天早上，将样品瓶置于100摄氏度下24小时，以干燥纳米颗粒，然后使用刮刀将粉末研碎。为评估纳米颗粒的尺寸和表面形貌，使用研钵和研杵将氧化锰纳米颗粒研磨成细粉，并取5毫克粉末加入15毫升锥形离心管中。向管中加入10毫升200 proof乙醇，超声处理纳米颗粒混合物5分钟，直至纳米颗粒完全重新悬浮。

重悬后立即取三滴五微升的纳米颗粒溶液，滴加至300目碳膜铜网（B型）上。待自然风干后，按照标准操作流程，采用200千伏电子束强度、光斑尺寸为1、300倍放大倍数，通过透射电子显微镜（TEM）观察纳米颗粒的形貌与尺寸。为确定纳米颗粒的体相组成，用刮刀将少量细纳米颗粒粉末转移至X射线衍射样品托上，并按照标准操作流程采集氧化锰颗粒的X射线衍射谱图。

使用 10 至 110 度的 2θ 范围观察氧化锰和三氧化二锰的衍射峰。为确定纳米颗粒表面组成，将干燥的氧化锰纳米颗粒粉末加入傅里叶变换红外光谱（FTIR）样品槽中，并按照标准操作程序在 4,400 cm⁻¹ 波数范围内以 4 cm⁻¹ 分辨率采集纳米颗粒的 FTIR 谱图。理想的透射电子显微镜（TEM）图像应包含孤立的、呈暗色圆形或八边形的纳米颗粒，且重叠程度最小。

如果在乙醇中悬浮了高浓度的氧化锰纳米颗粒，或向T形管和载网中加入了过多的纳米颗粒悬液，则每张图像都会包含大量纳米颗粒的团聚物。如果在乙醇中制备的纳米颗粒浓度过低，则纳米颗粒虽能彼此分离，但在透射电镜载网上分布过于稀疏。总体而言，随着烯丙胺与二苄基醚比例的降低，所生成的氧化锰纳米颗粒尺寸更小且粒径分布更均匀，但仅使用烯丙胺时除外，此时得到的纳米颗粒尺寸与30:30比例时相近。

X射线衍射可用于确定纳米颗粒的晶体结构和相。随后可将纳米颗粒样品的X射线衍射峰与已知化合物的X射线衍射峰进行比对。为便于估算纳米颗粒的组成，此处可观察经背景校正后的氧化锰纳米颗粒的傅里叶变换红外（FTIR）光谱。

所有光谱均显示出与基团相关的亚甲基对称和不对称伸缩振动峰，以及与基团相关的亚胺基弯曲振动峰。此外，所有纳米颗粒的傅里叶变换红外光谱（FTIR）在约 600 cm⁻¹ 处均含有锰-氧以及锰-氧-锰键的振动峰，这证实了通过 X 射线衍射所确定的成分。

为确保温度读数准确，温度探头不应接触玻璃。应密切监控硅油液面高度和氮气流速。金属氧化物纳米颗粒可通过聚合物或脂质包覆处理以增强其生物相容性，从而转化为亲水性颗粒。

靶向剂还可以促进光敏纳米颗粒在体内的聚集。