[發(fā)明專利]一種在室溫條件下制備金屬卟啉-石墨烯納米復(fù)合材料的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610041189.8
• 申請(qǐng)日: 2016-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105688995A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾榮今;陳國(guó)良;熊春剛;李耿賢;成奮民;陳述
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J31/22
• 分類號(hào): B01J31/22;B01J21/18;B82Y30/00
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發(fā)明公開(kāi)了一種在室溫條件下制備金屬卟啉?石墨烯納米復(fù)合材料的方法。該納米復(fù)合材料在水溶液中以金屬離子、卟啉、石墨烯為主要原料，通過(guò)改變氧化石墨烯的化學(xué)還原程度、陽(yáng)離子卟啉的分子結(jié)構(gòu)、體系pH值等來(lái)調(diào)控金屬離子嵌入卟啉環(huán)的能力，實(shí)現(xiàn)了在室溫條件下金屬卟啉?石墨烯納米復(fù)合材料的快速制備。與現(xiàn)有的金屬卟啉?石墨烯復(fù)合材料的制備技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方法無(wú)需高溫條件或長(zhǎng)時(shí)間加熱回流過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬離子與卟啉的配位過(guò)程，制備條件綠色溫和、操作簡(jiǎn)捷、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適用于放大制備和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，在催化材料、光電材料和重金屬離子處理等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及在室溫條件下制備金屬卟啉-石墨烯復(fù)合物的新的綠色方法。

背景技術(shù)

石墨烯是單層碳原子組成的二維納米材料，具有高比表面積、高導(dǎo)熱性和高導(dǎo)電性等優(yōu)良性能。隨著對(duì)石墨烯研究的不斷深入，人們對(duì)其功能化提出更高的要求，因此石墨烯復(fù)合材料得到了廣泛關(guān)注。

卟啉環(huán)內(nèi)兩個(gè)質(zhì)子被金屬取代后就形成了金屬卟啉，通過(guò)引入不同的金屬中心離子、改變卟啉環(huán)上的取代基等可展現(xiàn)出多種多樣的分子性能，如廣泛存在于自然界的功能單元中的葉綠素(即鎂卟啉)、血紅素(即鐵卟啉)、維生素B12(即鈷卟啉)等均含有金屬卟啉的核心結(jié)構(gòu)。由于金屬卟啉的良好穩(wěn)定性的高共軛大π結(jié)構(gòu)，可以作為一種電子客體，能夠與碳/硅納米材料、氧化物納米材料等進(jìn)行組裝，在催化材料和光電材料等領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。

石墨烯具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能、金屬卟啉具有良好的給電子能力和多功能調(diào)諧能力，結(jié)合二者的特點(diǎn)可獲得系列新型的多功能石墨烯復(fù)合材料。例如Bratche最先由酯化反應(yīng)制備了以共價(jià)鍵相連的羧基四苯基卟啉/氧化石墨烯復(fù)合材料，該材料具有良好的光吸收性能和光學(xué)穩(wěn)定性(Baskaran D.,Mays J.W.,Zhang X.P.,BratcherM.S.J.Am.Chem.Soc,2005,127:6916–6917)；隨后Chen和Tagmatarchis研究組制備了氨基卟啉/氧化石墨烯通過(guò)酰胺鍵連接的復(fù)合材料，并研究了其光限幅特征及其在燃料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用(Xu Y.F.,Liu Z.B.,Chen Y.S.Adv.Mater.2009,21:1275-1279；Karousis N.,Sandanayaka A.S.D.,Hasobe T.J Mater.Chem.2011,21:109-117)；石高權(quán)和鞠熀先教授先后制備了陽(yáng)離子卟啉/還原氧化石墨烯非共價(jià)復(fù)合物，并將其應(yīng)用于鎘離子和亞氯酸根的分析檢測(cè)(Xu Y.X.,Zhao L.,Bai H.J.Am.Chem.Soc.2009,131:13490-13497；Tu W.W.,Lei J P,Ju H X.Chem.Eur.J.2010,16:10771-10777)；Grinceviciute等將氧化石墨烯/血卟啉復(fù)合物應(yīng)用于光動(dòng)力療法(Grinceviciute N.,Snopok B.,SnitkaV.Chem.Eng.J.,2014,225,577-584)；Zhou等制備銅卟啉/石墨烯復(fù)合物并作為氨氣傳感器(Zhou X Q,Wang X L,Wang B.Sensors and Actuators B:Chemical,2014,193:340-348)。上述研究極大的豐富了卟啉-石墨烯復(fù)合物的制備方法和應(yīng)用領(lǐng)域。

但是，目前制備金屬卟啉-石墨烯方法為先合成金屬卟啉，再制備金屬卟啉-石墨烯復(fù)合物，而合成金屬卟啉的條件均在高溫加熱或長(zhǎng)時(shí)間回流等苛刻條件下合成，所以尋找一種室溫條件下快捷制備金屬卟啉-石墨烯的綠色方法具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一類金屬卟啉-石墨烯復(fù)合物的制備方法，該方法在室溫條件下的水溶液中以金屬離子、卟啉、石墨烯為主要原料實(shí)現(xiàn)金屬卟啉-石墨烯納米復(fù)合材料的快速制備，無(wú)需加熱回流過(guò)程。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種金屬卟啉-石墨烯納米復(fù)合材料，其結(jié)構(gòu)通式如下：