[发明专利]一种含氮二维聚合物薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含氮二维聚合物薄膜，其结构单元的通式为：或或或该聚合物薄膜的制备方法为：1、将三聚氯氰单体溶解在与水互不相溶的有机溶剂中，得到有机溶液；2、将碱和胺类单体溶解在水中，得到碱性溶液，将碱性溶液进行冷冻结冰；3、将有机溶液置于结冰的碱性溶液上，形成界面，在碱性溶液结冰的温度下静置1‑60天，在界面处生成所述的含氮二维聚合物薄膜，将结冰的碱性溶液融化，得到所述的含氮二维聚合物薄膜。该聚合物薄膜横向尺度大、厚度薄，可用于制备场效应晶体管，还可以作为电催化水裂解产氢的催化剂。该聚合物薄膜制备方法条件温和，操作简单。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种含氮二维聚合物薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

二维聚合物薄膜具有纳米尺度的厚度、巨大的比表面积、多活性中心、多孔结构等性质，这些性质使得二维聚合物薄膜在能源存储、电子信息、化工环保等领域具有重要的应用。

目前，具有大横向面积的二维聚合物薄膜主要通过界面法制备，该类界面包括金属固体界面和液体界面(如甲苯)。传统金属固体界面稳定，但制备的材料难以完整地从界面上分离下来，并且金属固体界面价格昂贵，每次制备完一张膜后，不易进行下一步清洗以备重复使用。液体界面一般价格低廉，制备所得的膜也容易从界面上转移出来，但液体界面不稳定，容易受到外界的干扰。

为了综合利用固体界面和液体界面的优势，有必要开发一种兼具固体界面和液体界面优势的新型界面,该界面在单体聚合的时候，保持固态,在聚合生成二维聚合物薄膜后，可以轻易地转化为液态。

发明内容

基于上述现有技术，本发明提供了一种含氮二维聚合物薄膜及其制备方法和应用，该聚合物薄膜横向尺度大、厚度薄，可用于制备场效应晶体管，还可以作为电催化水裂解产氢的催化剂。

该聚合物薄膜制备方法条件温和，操作简单。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种含氮二维聚合物薄膜，其结构单元的通式为：

式(Ⅰ)和式(Ⅱ)中，n为正整数，且1≤n≤10，虚线为结构单元之间的连接键；式(Ⅲ)和(Ⅳ)中，只能和/连接。

所述的含氮二维聚合物薄膜为单层结构，或者由单层结构周期性紧密堆积而成的多层结构。

一种含氮二维聚合物薄膜的制备方法，包括如下步骤：

1、将三聚氯氰单体溶解在与水互不相溶的有机溶剂中，得到有机溶液；

2、将碱和胺类单体溶解在水中，得到碱性溶液，将碱性溶液进行冷冻结冰；

3、将有机溶液置于结冰的碱性溶液上，形成界面，在碱性溶液结冰的温度下静置1-60天，在界面处生成所述的含氮二维聚合物薄膜，将结冰的碱性溶液融化，得到所述的含氮二维聚合物薄膜。

进一步，当结构单元的通式为式(Ⅰ)和式(Ⅱ)时，胺类单体的结构通式为：

其中，m为正整数，且1≤m≤21；

当结构单元的通式为式(Ⅲ)和式(Ⅳ)时，胺类单体的结构通式为：

其中，X为CH或N。