[发明专利]一种有机高分子纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机高分子纳米管，尤其是涉及一种通过溶剂热法制备有机高分子纳米管的方法。

背景技术

1991年日本科学家Iijima发现的碳纳米管(CNTs)开创了纳米科学和技术的新领域，并已成为当今的研究热点。纳米材料在新世纪人们关注的科学和技术中的三大热点(纳米材料、生命科学与信息技术)中属第一位。不管是生命科学的研究还是信息技术的发展都需要具有纳米结构甚至于分子级结构的功能性材料。纳米材料体系因其许多不同寻常的物理化学性能而具有广阔的应用前景，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学、表面科学和界面科学等多种学科，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值。

有机高分子材料是纳米材料中的重要组成部分，这些材料的奇异特性由其微观尺度上的原子结构、官能团的位置及特殊的表面、界面结构所决定。随着纳米科学研究的深入，人们已经不满足于无机纳米材料的性质与应用，而有机高分子材料因有其独特的特性以及无机材料的不可替代，应用高价值和前景的广阔，已经引起研究人员的广泛关注。有机高分子纳米材料的制备是实现高分子纳米材料研究的前提条件。

现有的有机高分子纳米材料制备大多集中于高分子微球和微囊的制备，而对有机高分子纳米管的制备研究较少，而且合成方法有限，从而限制了对有机高分子纳米管的研究和应用。而有机高分子纳米管是有机高分子纳米材料的重要组成部分，有机纳高分子米管因其拥有管的形态拥有相当可观的应用前景。有机高分子纳米管可以作为微腔和微囊，在制药和医学上有着良好的应用价值和前景，并且可以作为微反应器。通过有机高分子管有序排列可以制备成带有多孔的功能化薄膜。表面修饰了功能化物质而制备成复合的纳米材料特别是有机和无机杂化的材料在催化和传感器技术有着良好的应用前景，复合型纳米材料正成为当前纳米材料发展的新动向。有机高分子纳米管的应用已经在分离外消旋化合物、传感器、物质分离和制备选择性离子传输膜中得到研究并有一定的应用。

已有的有机高分子纳米管的制备方法主要有模版法(M.Steinhart，J.H.Wendorff，A.Greiner，et al.SCIENCE，2002，296：1997)，该方法利用多孔硅或氧化铝作为模版，通过浸润作用让苯乙烯单体浸润在管内壁上并进行聚合形成管，最后再将模版除去得到聚苯乙烯管。或先制备出无机金属氧化物纳米棒，然后让单体在无机金属氧化物纳米棒上聚合形成包裹结构，再将无机金属氧化物除去，从而得到有机高分子纳米管。或者是先用电纺丝技术合成有机高分子的纳米线，然后通过化学气相沉积(CVD)法将沉积于电纺丝技术合成的有机高分子纳米线形成包裹结构，最后将电纺丝技术合成的有机高分子纳米线除去，从而得到有机高分子纳米管。

以上的合成方法存在的最大缺陷是不能一步合成有机高分子纳米管，操作过程相对繁琐，不利于工业化的大量合成，限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的有机高分子纳米管合成方法中存在的不能一步合成有机高分子纳米管，操作过程相对繁琐，不利于工业化大规模生产，限制其应用等缺陷，提供一种通过在溶剂热条件下制备有机高分子纳米管的简易方法。

本发明的技术方案是由全氯代苯并苊烯与二硫醇(硫化钠)化合物在溶剂热条件下进行威廉森(A.W.William son)缩合反应，通过产物的自组装实现一步法制备有机高分子纳米管。

本发明包括以下步骤：

1)制备二硫醇的钠盐：按二硫醇与钠的摩尔比为1∶(2～3)，将钠与无水乙醇反应，然后加入二硫醇在室温下反应即得二硫醇钠盐的乙醇溶液；

2)将全氯代苯并苊烯加入溶剂中，超声后与步骤1所制二硫醇钠盐的乙醇溶液混合于聚四氟乙烯内衬中，再将内衬置于反应釜中在120～180℃下恒温至少1h，最后在室温下冷却。全氯代苯并苊烯的氯原子与二硫醇钠盐按摩尔比为(2～3)∶1，溶液与步骤1中二硫醇钠盐的乙醇溶液按体积比为1∶(16～32)。

3)取下层红色沉淀依次用甲苯，水和乙醇反复清洗至少1次，即得到最后目标产物。

在步骤1)中，按二硫醇与钠的摩尔比最好为1∶2，将钠与无水乙醇反应15～30min，然后加入二硫醇在室温下反应2～2.5h。在步骤2)中，全氯代苯并苊烯加入溶剂中超声1～2min，将内衬置于反应釜中在180℃下恒温72h，全氯代苯并苊烯的氯原子与二硫醇钠盐按摩尔比为2∶1，溶液与步骤1中二硫醇钠盐的乙醇溶液按体积比为1∶32。溶剂选自甲苯，四氢呋喃或环己烷。在步骤3)中，取下层红色沉淀依次用甲苯，水和乙醇反复清洗至少3次。