[发明专利]一种有机共轭聚合物薄膜、其合成方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料合成及应用领域，具体涉及一种有机共轭聚合物薄膜的合成方法。

背景技术

日益紧缺的化石资源和不断恶化的生态环境是全球性问题，这使得清洁能源和环境保护的研究越来越受到重视。具有较大的比表面积和良好的孔性能的多孔材料被众多科学家关注，广泛地应用于气体存储、吸附分离，催化化学等领域。纳米厚度的薄膜材料应用前景更为广阔，纳米厚度的有机薄膜的透光度很好，用它制造电板将比其它材料更有优良的性能，因此在液晶显示屏、太阳能电池等领域有良好的应用前景。

有机共轭聚合物是一种新型的多孔材料，这种多孔材料主要由碳、氢等轻质元素，通过有机共价键连接，由于聚合物中同时含有丰富的中孔和大孔，因此颗粒密度非常小。这些均聚或共聚材料具有较大的比表面积、良好的孔体积和π共轭体系，从而它们具有稳定的结构，有耐酸碱腐蚀、热稳定性好和不溶不熔等优点。不仅具有传统多孔材料的一般性能，而且聚合物表面还可以通过化学方法进行材料功能化修饰。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种有机共轭聚合物薄膜的合成方法，合成的有机共轭聚合物是具有高度有序的薄膜结构，它与石墨烯的结构相似，苯环之间通过炔键相连。合成方法简单，有利规模合成与生产。该聚合物为纳米级厚度的具有微孔的有机共轭聚合物薄膜，在电镜下观察，聚合物薄膜仅有1纳米的厚度，理论上是最薄的薄膜材料之一，在环境保护和催化等众多领域具有良好的应用前景。本发明采用以下的技术方案实现：

本发明的一方面在于：一种有机共轭聚合物薄膜的合成方法，具体包括如下步骤：

(a)1，3，5-三乙炔苯和基物A以摩尔比1∶1混合，向混合物中加入碘化亚铜和四(三苯基膦)钯作为催化剂，催化剂加入量按1，3，5-三乙炔苯∶碘化亚铜∶四(三苯基膦)钯的摩尔比为1∶(0.04～0.08)∶(0.06～0.1)；

其中：基物A为1，3，5-三溴苯或1，3，5-三碘苯；

(b)在惰性气体保护下，向步骤(a)所得混合物中加入三乙胺和溶剂B，使混合物溶解；其中，三乙胺加入量按1，3，5-三乙炔苯∶三乙胺的摩尔比为1∶(20～50)；溶剂B加入量与三乙胺的体积比为1～(4∶1)；所述的溶剂B为三甲苯或二甲苯；

(c)在搅拌条件下，将步骤(b)所得液体于70～90℃，反应10～12h，直至聚合形成固体，反应产物经过洗涤、干燥后，得到有机共轭聚合物。

对于上述聚合物薄膜的合成方法，具体的：步骤(c)所述的干燥条件是120℃，在抽真空条件下干燥3h。

对于上述聚合物薄膜的合成方法，具体的：步骤(c)所述的洗涤，依次使用下述试剂：二氯甲烷、丙酮、去离子水、甲醇。

对于上述聚合物薄膜的合成方法，具体的：所述的二氯甲烷以三氯甲烷代替。

对于上述聚合物薄膜的合成方法，具体的：所述的甲醇以乙醇代替。

本发明的另一方面在于：利用上述方法合成的有机共轭聚合物薄膜。

具体的，上述有机共轭聚合物薄膜，为纳米级的薄膜材料。

本发明的再一方面在于：所述的有机共轭聚合物薄膜在气体吸附与分离、有机物吸附与分离、环境保护领域的应用。

本发明的理论依据：由于1，3，5-三乙炔苯为二维的平面结构，基物B为二维的平面结构，它们在聚合后以各自为中心展开，苯环之间通过炔键相连，因此形成了平面结构的有机聚合物薄膜。采用本种方法合成的聚合物，有聚合过程中分子相互结合形成的微孔。

本发明的有益效果：

(1)使用本方法合成有机共轭聚合物薄膜具有较大的比表面积和丰富的微孔，而且该聚合物为纳米厚度的有机薄膜，应用前景广阔。

(2)该类有机共轭聚合物薄膜为不溶不熔物。聚合物体系中，以苯环和炔键进行连接，独特的共轭体系使其物化性能良好。

(3)该有机共轭聚合物薄膜的合成工艺简单，对设备要求不高，可以实现规模生产。

附图说明

图1为实施例1的有机共轭聚合物薄膜的扫描电镜照片；

图2为实施例1的有机共轭聚合物薄膜的透射电镜照片；

图3为实施例2的有机共轭聚合物薄膜的扫描电镜照片；

图4为实施例2的有机共轭聚合物薄膜的透射电镜照片；

图5为有机共轭聚合物薄膜贮氢性能的测试结果；

图6为有机共轭聚合物薄膜吸附有机物的测试结果。

具体实施方式