[发明专利]纤维素聚质子型离子液体凝胶/纳米金属复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种纤维素聚质子型离子液体凝胶/纳米金属复合材料及其制备方法及应用。本发明所制备的纤维素聚质子型离子液体凝胶形状可控，分子结构上具有羧基和羟基以及含氮的质子型离子液体基团，能够稳定负载大量纳米金属颗粒；金属颗粒在凝胶内部均匀分散，粒径在0.1‑100nm范围内可调；本发明适用于钯、银、金、铂、镍、钴、铜等金属及两种或两种以上金属的合金，可有效避免纳米金属制备过程中的团聚问题；本发明具有工艺简单、操作方便、成本低廉等优点，可应用在催化、环境保护、抗菌和制药等领域。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体为一种纤维素聚质子型离子液体凝胶/纳米金属复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

高分子凝胶是一种具有三维网络结构的聚合物材料，包括高分子水凝胶、气凝胶和有机溶剂凝胶，这三种凝胶分别以水、气体和有机溶剂为分散介质。高分子凝胶内包含亲水和疏水基团，亲水基团可以与水分子耦合，疏水基团遇到水会膨大。因此高分子凝胶在水中可以吸收大量的水，使自身溶胀，但不会溶解。吸附水分子后的高分子凝胶中的水以自由水、束缚水和键合水等多种形式存在，这使得其既可以维持自身固定形状，又可以让环境中的水在自身内部传递(Macromolecules,2012,45(8):3523-3530.)。此外，高分子凝胶中存在的丰富的官能团使其可以适合于各种特定任务，具有特定的功能性。因此，高分子凝胶成为许多先进材料的设计中不可或缺的功能材料(高分子科学(英文版),2017,35(10):1165-1180.)。

质子型离子液体(Protic ionic liquids)是通过布朗斯特碱和布朗斯特酸的中和反应制备的离子液体，因其制备简单、结构可设计性强在许多领域有着重要的应用(Chemical Reviews 2015,115(20):11379-11448.)。聚合物离子液体(Poly(ionicliquid)s)是指在重复单元上具有阴、阳离子电解质基团的聚合物，兼具离子液体和聚合物的优良性能(Polymer Reviews,2009,49(4):339-360.)。聚质子型离子液体的开发，创新性地在聚合物结构上引入质子型离子液体基团，大大拓展了聚合物离子液体的应用，同时简化了其制备过程，具有重要意义。

纤维素是一种来源广泛的天然高分子材料。中国专利CN201210374955.4保护了一种基于CO₂开关型溶剂的纤维素溶解方法，其主要特征是利用CO₂、有机碱和非质子型极性有机溶剂对纤维素实现衍生化或非衍生化溶解。基于我们前期的工作(中国专利CN201710887689.8)，利用上述溶解方法可以方便地溶解纤维素并进一步加入衍生化试剂对其进行衍生化，获得一系列具有不同结构的纤维素衍生物。在此过程中，因为有机碱的存在可以催化羟基与酸酐的化学反应，所以加入含有2个或2个以上环状酸酐官能团的化合物即可获得具有交联结构的纤维素聚质子型离子液体凝胶。

金属材料尤其是贵金属材料因其独特的性质在催化、功能材料等领域具有非常广泛的应用(Rsc Advances,2014,4(103):59562-59570.)。一般来说，金属颗粒的制备，需要将高价的金属盐离子还原为零价的金属单质。在还原过程中，往往会发生“团聚”现象，大大降低了金属颗粒的比表面积，从而降低了其使用效率。因此，需要将金属离子先负载到一定的载体上，再进行还原过程，方可在一定程度上避免“团聚”现象的发生(Progress inPolymer Science,2013,38(9):1329-1356.)。