[发明专利]利用聚电解质调控1-芘甲醛制备一维纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备一维纳米材料的方法，尤其是利用聚电解质制备一维 纳米材料的方法。

背景技术

一维纳米材料通常是指宽度在100纳米以下，长度在几百纳米到几十微米 甚至更长的一维线形材料。具体的结构包括纳米管、纳米棒、纳米线、纳米带 以及纳米纤维等。根据形成一维纳米结构的材料来源不同，可以将一维纳米材 料分为无机金属一维纳米材料，无机非金属一维纳米材料，以及有机和聚合物 一维纳米材料。无机金属一维纳米材料和无机非金属一维纳米材料具有优良的 光电性能，在光电传导、信息技术、太阳能电池等方面具有广泛的应用前景。 有机和聚合物一维纳米材料除了具有无机一维纳米材料的光电性能外，还具有 轻便、柔韧性能好、材料来源更加广泛等优点；通过有机分子设计易于实现一 维纳米材料的性能优化及功能化，并应用到更高级的纳米器件组装领域。一些 由多肽、蛋白质和DNA分子构成的一维纳米材料在基因转染、药物控制释放、 生物医用材料等领域也有广泛的应用前景。目前，无机一维纳米材料的制备技 术和应用都比较成熟，但是有机和聚合物一维纳米材料的制备和应用的报道则 较少。

有机和聚合物一维纳米材料的制备方法主要包括分子自组装、物理气象沉 积和模板法等。其中最主要的方法是分子自组装。例如，具有大的芳香共轭结 构的有机分子通过π-π堆积相互作用、疏水相互作用形成一维纳米结构；多肽、 蛋白质、DNA等生物大分子则主要通过氢键相互作用形成一维纳米结构。分子 自组装方法通过环境条件如温度、离子种类和离子强度、pH值、溶液性质、光、 电、声等，精确控制形成的一维纳米材料的尺寸、形貌等参数，从而调控其性 能。因此，这种方法具有广泛的适用性和调控性。但是，这种方法需要花费大 量时间和精力设计和合成自组装分子，因此存在制备过程长、效率低、产量小 等不足，限制了其推广和应用，尤其是难以实现大规模快速制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种简便、快速的利用聚电解质调控1-芘甲醛制备一 维纳米材料的方法。

本发明的利用聚电解质调控1-芘甲醛制备一维纳米材料的方法，包括以下 步骤：

1)将带有伯胺基的聚电解质溶于甲醇或乙醇中，配制成5～40mg/mL的聚 电解质溶液；

2)将步骤1)的带有伯胺基的聚电解质溶液与浓度为1～20mg/mL的1-芘 甲醛的甲醇或乙醇溶液按体积比1∶1混合，搅拌反应20～60分钟后，倾倒入 400mL丙酮或四氢呋喃溶剂中，收集得到的沉淀，将沉淀产物真空干燥，得到 1-芘甲醛修饰的聚电解质；

3)将步骤2)得到的1-芘甲醛修饰的聚电解质溶于甲醇或乙醇中，配制成 2～20mg/mL的1-芘甲醛修饰的聚电解质溶液；

4)将1-芘甲醛修饰的聚电解质溶液与0.5～3mol/L的盐酸溶液按体积比为 1∶9混合，震荡4～6天，得到一维纳米管；或者将1-芘甲醛修饰的聚电解质溶 液与0.005～0.1mol/L的盐酸溶液按体积比为1∶9混合，震荡0.5～2小时，得 到一维纳米棒。

本发明中，所说的带有伯胺基的聚电解质是聚烯丙基胺(PAH)或聚赖氨酸 (PLL)。

本发明的原理是：利用聚电解质PAH或PLL中的胺基与1-芘甲醛(Py-CHO) 中的醛基通过西弗碱反应制备1-芘甲醛修饰的PAH(PAH-Py)或1-芘甲醛修饰 的PLL(PLL-Py)，所得到的1-芘甲醛修饰的聚电解质中1-芘甲醛相对于聚电解 质单元链节的取代度为2％～12％。由于PAH-Py和PLL-Py中的西弗碱在酸性条 件下不稳定而分解，但是分解的速度在不同浓度的盐酸溶液中有很大的差别。 当盐酸浓度大时分解速度慢，当盐酸浓度小时分解速度快。通过改变盐酸浓度， 利用聚电解质对Py-CHO的模板调控作用，Py-CHO可以通过π-π堆积相互作用 形成的一维纳米管或一维纳米棒。当盐酸浓度在0.5～3mol/L时，可以得到一维 纳米管，当盐酸浓度在0.005～0.1mol/L时，可以得到一维纳米棒。