近年来，核壳纳米材料吸引着越来越多研究人员的关注。核壳纳米材料由中心粒子和包覆层组成，是二组分体系中最简单的结构，其中核与壳之间通过物理或化学作用相连接，这种结构可产生单组分无法获得的许多新性能，如不同的表面化学组成、较大的表面积、较高的稳定性以及优异的磁性和光学性质等。因此，相对于单一组分纳米粒子，核壳纳米材料具有更广泛的应用前景，已拓展为化学、物理、生物、材料等诸多学科的交叉领域，在生物医药、催化、电池、食品及保健品、化妆品、塑料、环保等领域表现出极大的应用潜力[1-4]。但对于它的可控合成仍存在着巨大的挑战[5]。本文就核壳结构复合纳米材料的制备方法、性能及应用展开了综述。
1 核壳结构纳米材料的制备
核壳结构纳米材料的制备方法多种多样，主要有溶胶-凝胶法、水热法、自组装法、超声化学法，还有诸如原位聚合法[6]、种子乳液聚合法[7]和离子注入法[8]等。本文将介绍一些代表性的核壳结构纳米材料的制备方法。
1.1 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是将要包覆的粒子分散于所制备的溶胶中，在一定的反应条件下完成凝胶化，即可在核表面形成所需的包覆层。Sun[9]等将粒径40nm的柠檬酸稳定的Au纳米粒子，用4-巯基苯甲酸改性后作为核，采用溶胶-凝胶法成功的将ZnO包覆在Au上，合成了Au@ZnO核壳结构复合粒子，实验中加入六次甲基四胺作为防团聚剂促进Zn(NO3)2转化成ZnO。Deng[10]等采用溶胶-凝胶法制备了PS@SiO2核壳纳米粒子，实验中用乙烯基三甲氧基硅烷作为前驱物，水解形成SiO2壳层。Zhai[11]等人采用溶胶-凝胶法在酸性或碱性介质中用SiO2包覆ZnO，对其表面结构和性能改性，研究了在不同pH值下复合粒子光催化降解罗丹明B。结果表明，具有薄SiO2壳层的核壳结构的SiO2@ZnO纳米粒子比未包覆的ZnO具有更高的稳定性和更好的光催化活性，扩大了它在污染物处理应用中的潜力。Tuo [12]等人采用溶胶-凝胶法成功制备了均一的球形Ag @SiO2核壳纳米微球，这些纳米复合粒子有良好的稳定性和重复性，可应用于荧光成像技术。
1.2水热法
水热法近年来广泛应用于纳米材料、多孔材料等的合成，水热法是在高温高压下采用水溶液作为反应体系在密闭反应器中使难溶或不溶的前驱物先溶解，从而使其反应和结晶。Gu[13] 等对葡萄糖、Fe3+和M2+ (M=Mg，Co，Ni，Zn)的混合溶液水热处理制备了C@ MFe2O4复合微球，接着进行煅烧去除碳的内核以及其他金属杂质得到铁氧体空心球。在合成过程中壳的厚度、结晶度可通过改变合成参数来控制，此方法可用于低成本制备大规模磁性空心球。Wu[14]等以PS为模板，合成核壳结构的PS@TiO2复合粒子，将其高温煅烧形成空心的TiO2微球，再以空心的TiO2球作为核，将Ag包覆在空心球表面形成核壳空心的TiO2@Ag复合材料，两次包覆最终合成出稳定性高、性能优越的复合材料。Yan[15]等用水热法实现对铁磁金属微颗粒的SiO2和Ｃ颗粒的膜包覆，得到铁磁金属/SiO2和铁磁金属/C核壳吸波材料，由于额外的介电损耗和更好的阻抗匹配，可以显著提高高频区域的电磁波的吸收性能。
1.3 自组装法
自组装法是制备核壳结构复合纳米粒子的有效方法，涉及面越来越广。自组装法制备复合微球的原理是：首先在被包覆粒子外部吸附一层与其表面带相反电荷的聚电解质，然后通过静电作用将纳米粒子自组装到被包覆粒子表面。Ji[16]等通过静电吸附原理将金属纳米粒子组装到胶体颗粒的表面，再以此纳米粒子作为种子合成金属包覆的核壳结构复合纳米粒子。由自组装法继而发展起来的层层自组装技术也广泛应用于复合材料的制备。Wang[17]等以Fe3O4为核，通过层层自组装技术制备了Fe3O4@C@CdTe核壳纳米粒子，此复合微球具有磁性及荧光效应，是一种新型的多功能复合材料，被作为化学传感器用于超灵敏的Cu2+的检测。磁学测量表明此复合粒子有超顺磁性，磁铁容易分离并回收，成本低。这种方法为其他多功能核壳结构复合材料的合成奠定了实验基础。Zhang[18]等采用层层自组装法制备了Fe3O4@NaYF4@ SiO2多功能的复合材料，稳定性和光学活性都得到了提高。
1.4 超声化学法
超声化学法近年来被应用于无机复合纳米材料的制备，它能使很多采用传统方法难以进行的反应顺利进行，此外，其低功耗、效率高和二次污染小等优点驱使很多研究者对它进行深入的研究。Wang[19]等先采用水热法制备了粒径均一的CdS纳米粒子，将其作为核，后用超声化学法，通过钛酸四丁酯的水解将TiO2包覆在CdS上，合成了具有更好的光催化特性的单分散CdS@TiO2核壳纳米粒子，此复合粒子出比单组分的微粒有更好的催化性能。Wang[20]等采用超声化学法以粒径为260nm的PS微球为核，加入聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，成功的将CdS包覆在PS微球上，通过改变条件，制备出了壳层厚度在10–30nm之间可控的PS@CdS复合微球。此粒子在可见光下降解罗丹明B表现出比纯的CdS微球更高的光催化活性。
2 核壳结构材料的性能
核壳结构纳米材料实现了核和壳材料功能的复合，表现出与单组份材料不同的物理、化学性质，增加了中心粒子的稳定性，提高了材料的热、力学性能，同时在光学、磁学、电学、和生物特性等方面显示出特殊的功能[1]。