[发明专利]金属富勒烯多孔聚合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料制备领域，具体涉及一种金属富勒烯多孔聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

多孔聚合物在催化、气体储存、分子分离方面的应用前景，引起了化学工作者的极大兴趣。传统的多孔材料包括无机晶体结构(如沸石)以及无定形的网状结构(如二氧化硅、活性炭)。近年来，作为一类有机多孔材料，多孔聚合物的合成取得了较快的发展，如共价有机框架材料、共轭微孔聚合物材料的合成成为热点。共价有机框架材料是由有机小分子按照一定的空间取向聚合形成的具有稳定晶型的多孔聚合物。与无机多孔材料相比，共价有机框架的优势为结构全部由轻元素组成，对空气、有机溶剂稳定，且孔隙可调。与共价有机框架材料相比，共轭微孔聚合物材料只是由碳碳键、碳氢键构成，所以化学稳定更好。尽管共轭微孔聚合物材料结构是无定形的，但是可以通过改变刚性的连接分子来调控聚合物孔径的尺寸和比表面积的大小。

富勒烯金属包合物已经成为富勒烯家族中的重要一员，并成为国际富勒烯研究的重大前沿课题，因为它有可能在超导体、铁磁材料、光学材料等方面具有重要的应用前景，为化学、物理学、材料科学等学科开辟一个崭新的研究领域。对富勒烯金属包合物各种新颖独特的化学、物理特性的揭示，是当前工作的重点。对富勒烯金属包合物的研究之所以引起各国科学家的广泛兴趣，是缘于其性质及其诱人的应用前景：填隙掺杂的金属原子可以很大程度上改变富勒烯的导电性，甚至会使之成为超导体；笼内金属未充满的f电子层，由于周围碳原子团晶体场的影响，能级改变，发生光学跃迁，为新型激光材料的出现奠定了基础；金属和碳笼间的电荷转移为它们电荷态的光学控制以及实现光学存储提供了可能，可用于信息、光电子领域和非线性光学材料；此外，包有特殊用途的稀土金属的富勒烯金属包合物可用于医药、电磁、激光、能源、信息等各个领域,具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明为了克服现有技术中难以合成含金属富勒烯多孔聚合物复合材料的缺点，提供一种具有较高BET比表面积的金属富勒烯多孔聚合物复合材料的制备方法以及通过该方法制备的金属富勒烯多孔聚合物复合材料。

本发明提供一种金属富勒烯多孔聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在惰性气氛中，在氧化剂、有机溶剂存在的条件下，富勒烯单体分子之间充分接触发生氧化反应生成富勒烯多孔聚合物；

步骤二、在惰性气氛中，有机溶剂存在的条件下，富勒烯多孔聚合物与金属配合物充分接触生成含金属富勒烯多孔聚合物复合材料；

其中，富勒烯单体分子为多咔唑取代的富勒烯有机分子，所述金属配合物为四(三苯基膦)合钯、乙烯基二(三苯基膦)合铂、羰基三(三苯基膦)氢化铑中的一种或多种。

优选的，所述富勒烯单体分子与所述氧化剂的摩尔比为1:8～1:36。在该条件下收率最高。

优选的，所述富勒烯单体分子与所述金属配合物的摩尔比为1:2～1:8。在该条件下收率最高。

优选的，所述富勒烯单体分子中多咔唑取代的富勒烯有机分子中咔唑取代基的个数为2～12。

优选的，所述氧化剂为三氯化铁。

优选的，所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、丙酮、乙腈、二氧六环、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、氯苯、二氯苯或者三氯苯。

优选的，所述氧化反应的温度为20～150℃，反应时间为12～36h。在该条件下收率最高。

本方案的工作原理及其有益效果：本发明的制备方法中可以通过加入不同种类的金属配合物，调节材料的结构性能和相关应用。通过本发明的制备方法获得的多孔材料具有较高的BET比表面积，而且具有金属催化剂和富勒烯，使得本发明的多孔材料可用于催化、气体储存、有机光电材料、分子分离、化学或生物传感器、清洁能源的载体等方面。

由上述方法制备的金属富勒烯多孔聚合物复合材料。

所述金属富勒烯多孔聚合物复合材料的孔径为0.6～3nm。

所述金属富勒烯多孔聚合物复合材料的BET比表面积为200～600m²/g。

通过本发明的制备方法获得的多孔材料的孔隙大小均在纳米尺度，其孔结构是通过共价键连接构筑形成的，因此孔结构相对较稳定。而且，在本发明的制备方法中可以通过加入不同种类的富勒烯单体分子在较大范围内调节材料的孔隙度。

附图说明

图1为金属富勒烯复合多孔材料结构示意图；

图2为二(咔唑基苯基)亚甲基富勒烯Ful-Cz的核磁共振氢谱图；