[發(fā)明專利]胺基咔唑橋連分子鑷及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410549115.6
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN104341335A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪鋒;李昱達(dá);王迅昶
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號: C07D209/86
• 分類號: C07D209/86;C01B31/02;B01J20/22;B01D43/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及含胺基咔唑橋連分子鑷制備方法，本發(fā)明還涉及利用分子鑷選擇性分離窄直徑分布單壁碳納米管的方法。

背景技術(shù)

單壁碳納米管(SWNTs)具有優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)和超強(qiáng)的力學(xué)性能，在光電器件、復(fù)合材料、傳感器等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

當(dāng)前條件下，石墨電弧法和化學(xué)氣相沉淀法(CVD)等制備方法合成的單壁碳納米管均為粗細(xì)各異、多(n,m)組分的混合物。而且，有些制備方法所得的產(chǎn)物中還混合各種雜質(zhì)，如富勒烯、無定形碳、碳納米球及催化劑顆粒等。這些雜質(zhì)和多(n,m)組分極大地限制了單壁碳納米管的物性研究和實(shí)際應(yīng)用。如何將碳納米管進(jìn)行有效的分離，制備單一(n,m)組分或窄直徑分布碳管，這已成為當(dāng)前碳納米管研究的熱點(diǎn)之一。

研究人員通常采用密度梯度離心分離法、聚合物纏繞法和稠環(huán)小分子吸附法等方法對碳納米管直徑選擇性分離。(1)密度梯度離心分離法。Hersam等[M.S.Arnold,A.A.Green,J.F.Hulvat,S.I.Stupp?and?M.C.Hersam.Nature?Nanotechnology,2006,1,60－65.]使用密度梯度離心法成功實(shí)現(xiàn)窄直徑分布碳納米管的分離。該方法具有分離純度高、技術(shù)方案成熟、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；但是存在實(shí)驗(yàn)步驟復(fù)雜、分離成本高、碳納米管的利用率低等缺點(diǎn)。(2)聚合物纏繞法。Nicholas等[A.Nish,J.Hwang,J.Doig?and?R.J.Nicholas.Nature?Nanotechnology,2007,2,640－646.]利用聚合物對碳納米管進(jìn)行表面修飾，選擇性分離不同直徑的碳納米管。由于聚合物在碳納米管表面吸附和纏繞非常穩(wěn)定，很難除去，極大限定碳納米管的應(yīng)用領(lǐng)域。(3)稠環(huán)小分子吸附法。近年來，小分子選擇性分離碳納米管的研究得到人們的廣泛關(guān)注。研究人員可以設(shè)計(jì)并合成各種形狀的主體分子分離不同碳納米管；通過簡單的洗滌將主體分子從碳管表面移除，保持碳納米管電子結(jié)構(gòu)的完整性。然而，稠環(huán)小分子具有剛性結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致該類分子溶解性差，形成的碳納米管復(fù)合物穩(wěn)定性較差。

因此，依然需要設(shè)計(jì)和合成新型結(jié)構(gòu)的稠環(huán)小分子，特別是具有分子鑷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的稠環(huán)小分子，提高其溶解性和加強(qiáng)與碳納米管的相互作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提供一種含胺基咔唑橋連分子鑷，利用胺基修飾的咔唑橋連分子鑷，加強(qiáng)其在極性溶劑中的溶解性，通過分子鑷形狀匹配效應(yīng)與π-π堆積作用，選擇性分離大量直徑約為0.9nm的單壁碳納米管。

本發(fā)明的目的還在于提供所述的含胺基咔唑橋連分子鑷的制備方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：胺基咔唑橋連分子鑷，其具有如下通式所表示的化學(xué)結(jié)構(gòu)式：

其中，Ar是稠環(huán)芘基；n＝1－15；R₁、R₂為碳數(shù)為1－6的烷基鏈。

通過改變稠環(huán)芘基單元Ar，研究分子攝構(gòu)型與純化的碳納米管的直徑分布的關(guān)系，從而制備多種窄直徑分布的碳納米管。

按上述方案，所述的稠環(huán)芘基單元為以下結(jié)構(gòu)通式中的任意一種：

胺基咔唑橋連分子鑷的制備方法，其特征在于包括有以下步驟：

1)以3,6-二溴咔唑作為反應(yīng)原料，在堿性條件下，通過與過量的胺基化合物反應(yīng)，得到不同的胺基咔唑二溴物；

2)以步驟(1)所得的胺基咔唑二溴物為原料，通過鈀催化偶聯(lián)反應(yīng)引入剛性稠環(huán)芘基單元，得到不同的目標(biāo)產(chǎn)物。

按上述方案，所述鈀催化偶聯(lián)反應(yīng)引入剛性稠環(huán)芘基單元是指胺基咔唑二溴物在惰性氣體保護(hù)下，反應(yīng)溫度范圍在80－110℃，反應(yīng)時(shí)間范圍在2－48小時(shí)，使用四(三苯基膦)鈀作為催化劑的反應(yīng)。

本發(fā)明所述的胺基咔唑橋連分子鑷的應(yīng)用方法，其特征在于：取1重量份的待分離單壁碳納米管和0.5－2重量份的胺基咔唑橋連分子鑷，將其加入醇類有機(jī)溶劑中，進(jìn)行超聲分散，使胺基咔唑橋連分子鑷充分吸附分離的單壁碳納米管，然后去除沉淀保留清液，再將懸浮清液中的碳納米管離心分離出來，用四氫呋喃數(shù)次洗滌除去單壁碳納米管上吸附的分子鑷，得到窄直徑分布的0.1重量份分離后單壁碳納米管。

按上述方案，所述的醇類有機(jī)溶劑是甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇或乙二醇。

按上述方案，所述的超聲分散時(shí)間為1－72小時(shí)；離心的速度為10000－50000g，離心時(shí)間為1－72小時(shí)。