[发明专利]一种改善分子组装的有机纳米结构的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种改善分子组装的有机纳米结构的制备方法及其应用。本发明将卟啉冰块通过酸碱中和反应，在表面活性剂辅助作用下，缓慢自组装得到形貌可控、晶型良好的有机纳米结构的有机纳米卟啉(锌卟啉)粉末。利用冰溶解缓释法，有效改善有机分子的自组装过程，在降低结构大小，完善晶型方面具有重要作用。本方法简单易行，为有机材料的可控组装提供了实验基础。通过对所得的有机纳米结构在光催化降解有机染料的应用进行研究，结果显示该结构具有高效光催化活性。为广泛应用于污染治理、能源枯竭提供了可能性。

技术领域

本发明属于有机纳米光催化领域，具体涉及一种改善分子组装的有机纳米结构的制备方法及其应用。

背景技术

伴随着世界人口的激增以及发展中国家工业化的进程，环境污染与能源枯竭问题日益严峻，必须找到可再生资源取代天然能源供应的方法，同时避免对气候、环境和健康的负面影响。

有机光催化剂相比无机半导体材料，价格更加低廉，制备工艺更加简单方便，且因其结构上的多样性与宽的太阳光谱吸收，而表现出优异的可见光催化降解污染物性能(Organic Photocatalysts for the Oxidation of Pollutants and Model Compounds,M.Luisa Marin,Lucas Santos-Juanes,Antonio Arques,CHEMICAL REVIEWS,2011,1710-1747.)。近年来，有机纳米材料在光催化领域的潜在价值开始不断受到人们广泛的关注。这也给科研人员提供了新的思路：纳米化后的大比表面积、高孔隙率能够吸附更多的外部物质进行降解；有机结构纳米化提高了载流子的迁移率，能够表现出更好的降解能力；解决了有机均相体系活性分子回收再利用的问题，提高材料体系重复使用率。

卟啉作为典型的有机光催化材料，因独特的分子结构和能带结构使之具备良好的光敏性、化学催化活性等性能。越来越多的研究表明纳米化能够调控卟啉的形貌、降低尺寸提高降解效率，重复使用率(Morphology-controlled self-assembly and synthesis ofphotocatalytic nanocrystals,Zhong Y,Wang J,Zhang R,NANO LETTERS,2014,7175-7179.)

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题在于提供一种改善分子组装的有机纳米结构的制备方法。针对现有的有机纳米结构制备方法中，自组装过程过快导致聚集体尺寸过大、晶型不完善等问题，本发明提供一种改善分子组装的有机纳米结构的制备方法，可以有效地控制形貌、尺寸，完善晶型。

本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种有机纳米结构的应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明一种改善分子组装的有机纳米结构的制备方法，包括以下步骤：

1)卟啉溶液冷冻成块

将卟啉的酸性溶液滴入1mL正方形模具，放置于0℃以下冰箱内冷冻成块。

2)有机纳米结构组装

将冷冻好的卟啉冰块放入含表面活性剂的碱性溶液中，在0℃冰浴环境下搅拌，之后进行离心、干燥。

进一步地，步骤1)中所述卟啉为H₂TPyP、ZnTPyP，所述溶液浓度均为0.01mol/L。

进一步地，步骤1)中所述酸性溶液为HCl溶液，所述溶液浓度为0.2mol/L。

进一步地，步骤2)中所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠(SDS)，浓度为0.001-0.1mol/L。

进一步地，步骤2)中所述碱性溶液为NaOH溶液，浓度为0.015mol/L。

进一步地，步骤2)中所述搅拌为磁力搅拌，搅拌时间分别为5分钟、15分钟、25分钟。