[发明专利]一种具有催化性能和SERS性能的聚酰亚胺复合纸及其制备

说明书

本发明涉及一种具有催化性能和SERS性能的聚酰亚胺复合纸及其制备，包括：负载金属纳米粒子的沉析纤维直接进行抄纸；或将负载金属纳米粒子的沉析纤维、聚酰亚胺短切纤维混合经抄纸得到聚酰亚胺复合纸。本发明不仅具有聚酰亚胺纤维良好的机械性能、耐高温性能、优异的电绝缘性能等，而且与短切纤维混合制得的复合纸既具有高催化效率，还可用作SERS基底，具有更好的增强效果和更高的检测灵敏度。

技术领域

本发明属于功能性聚酰亚胺复合纸及其制备领域，特别涉及一种具有催化性能和SERS性能的聚酰亚胺复合纸及其制备。

背景技术

聚酰亚胺(PI)纤维是一种高技术纤维，其分子主链中含有芳酰亚胺等基团，主链结构的高度共轭与芳香性赋予了聚酰亚胺纤维良好的力学性能、突出的耐热性能、优异的耐低温性能等。聚酰亚胺沉析纤维具有优异的加工性能和增强性能，在水中分散性好，比表面积大，强度高。目前由聚酰亚胺纤维和聚酰亚胺沉析纤维制备的聚酰亚胺纤维纸既有传统纸张的高多孔性，又有高性能纤维的诸多优点，其耐高温性能、电绝缘性能优于芳纶纤维复合纸、PBO纤维复合纸。

研究发现：许多催化体系中，作为催化活性中心的是金属纳米粒子。由于对反应物和产物具有强烈吸附与脱附能力，金属纳米粒子被广泛用于催化领域。当金属离子的尺寸处于纳米级别时，其比表面积大、具有丰富的悬空键，因此过渡金属纳米粒子催化剂具有高活性、高选择性。但金属纳米粒子具有很高的表面能，容易发生团聚，团聚后其催化性能明显下降，为了阻止其团聚获得高催化性能，通常将金属纳米粒子负载到载体中。

SERS效应能克服拉曼光谱法灵敏度低的缺点，提供吸附或者靠近金属表面的分子的结构信息，可以使拉曼信号增强几个数量级，是分析纳米尺寸金属颗粒的重要技术。SERS中信号的增强主要来源于光与金属之间的电磁作用。目前用于SERS分析的金属纳米粒子大都是溶液或溶胶状态，可将溶液或溶胶中的金属直接生长在衬底上，有衬底的金属纳米粒子能十分方便地给出可靠的数据。另外将金属如Au、Pt等的纳米粒子负载到载体上，可在提高SERS灵敏度的同时，使复合基底具有良好的催化性能。由于聚酰亚胺纸基复合材料具有良好的灵活性、机械性能和耐高温性能等，在使用过程中也表现出稳定性和可回收性，因此是一种比较理想的SERS基底材料。

聚酰亚胺复合纸由聚酰亚胺短切纤维和聚酰亚胺沉析纤维为原料抄造而成，通过以金属离子盐溶液作为沉析液，在成型过程中得到负载金属离子的沉析纤维，可通过简单的抄纸过程得到功能性的复合纸。专利号CN103776812A公开了一种表面增强拉曼(SERS)基底的制备方法，通过将基础层浸泡在粘合剂中然后在其表面附着纳米银颗粒形成表面增强拉曼基底，基础层与纳米银颗粒之间由化学粘合剂连接，这将引入杂质，进而导致热性能、力学性能等下降。专利号CN106865537B公开了一种高强度石墨烯基复合纸的制备方法，将氧化石墨烯/银/碳纤维复合悬浊液滴涂到干燥后的亲水化处理后的载玻片，这可能会导致所得复合纸的厚度不均匀。专利号CN108543547A公开了一种细菌纤维素负载金属离子与植物纤维复合制备的催化试纸及其方法，其中，直接将功能化细菌纤维素浸泡在金属离子无机盐水溶液中搅拌以使纤维素表面负载金属离子，易使所得到的纤维素负载的金属离子分布不均，进而影响复合纸的催化性能，并且所得产品的力学性能低于聚酰亚胺复合纸。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有催化性能和SERS性能的聚酰亚胺复合纸及其制备，克服现有技术纤维素负载的金属离子分布不均、催化性能差、力学性能差等缺陷，本发明中通过在沉析液中添加金属离子，得到负载金属离子的沉析纤维，所得沉析纤维的比表面积大，收缩率小，经原位还原、洗涤、干燥后，直接抄纸或与聚酰亚胺短切纤维抄造成纸。

本发明的一种聚酰亚胺复合纸，包括负载金属纳米粒子的聚酰亚胺沉析纤维。

所述金属纳米粒子为金、银、铂、铜、铬中的一种或几种；所述还包括聚酰亚胺短切纤维长度为3～12mm。

本发明的一种聚酰亚胺复合纸的制备方法，包括：