[發明專利]一種二維連續碳管網絡的制備方法

在審

• 申請號: 201810477404.8
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108609601A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 陳道勇;王偉沖;李會亞;李嫣然
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于材料制備技術領域，具體為一種二維連續碳管網絡的制備方法。本發明以嵌段共聚物為原材料，首先在選擇性溶劑中形成具有核殼結構的柔性聚合物納米線；然后，以該納米線為模板，在納米線的殼層吸附聚多巴胺，得到聚多巴胺包覆的柔性聚合物納米線；之后，將該納米線涂覆在基底上，經過煅燒后得到大面積的二維連續碳管網絡。利用聚多巴胺優異的吸附性能，在納米線上吸附金屬離子等，煅燒后可以在碳管網絡上引入金屬原子。本發明實現了大面積二維連續碳管網絡的高效制備，并且可以方便的在網絡上摻雜其他金屬原子，制備的材料在催化、電化學等領域有廣泛應用。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體為一種二維連續碳管網絡的制備方法。

背景技術

目前，碳材料是一種備受關注的材料，在催化、電化學、導電材料制備等很多領域有著重要的應用。碳材料在自然界中普遍存在，例如金剛石、石墨烯等，同時由于其具有許多特殊的力學、電學和化學性能，因此在實際應用中有著重要的意義。隨著科技的發展，人們對碳材料的要求越來越高，僅僅從自然界中獲取碳材料，已經無法滿足人們對材料性能的要求，因此，碳材料的制備成為了研究的熱點。

在目前的研究中，碳材料多來源于有機材料或者無機材料的煅燒；碳源種類繁多，如：糖類、有機金屬框架、聚多巴胺等。其中聚多巴胺使用較為方便，優異的吸附性能使其可以輕易的吸附在模板表面，經過煅燒可以得到不同形貌的碳材料；而且利用聚多巴胺的吸附性能可以吸附其他金屬等雜原子，從而得到豐富的摻雜碳材料。目前，人們以聚多巴胺為碳源，可以膠束為模板得到較大的多孔狀碳材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 588–593），但該材料的比表面小，碳源利用率低；或者以剛性的金屬棒為模板得到含金屬元素的碳材料（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 10976-10979），而利用剛性模板難以實現均勻的二維材料。除此之外，還有許多其他模板法制備碳材料，但均無法得到大面積的二維連續碳材料。在我們的研究中，我們可以制備柔性的聚合物納米線（Angew. Chem. Int. Ed.2012, 51, 1-5），利用該納米線為模板，可以開展碳材料的研究，為大面積二維連續碳材料的制備提供了很好的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種二維連續碳管網絡的高效制備方法。

本發明提供的二維連續碳管網絡的制備方法，是以具有核殼結構的柔性聚合物納米線為模板，以聚多巴胺為碳源而得到的二維連續碳管網絡，具體步驟為：

（1）首先，兩親性嵌段共聚物在甲醇和水體系中形成具有核殼結構的柔性聚合物納米線，交聯劑交聯后，得到穩定存在的柔性聚合物納米線；

（2）將適量的多巴胺小分子溶解于一定體積的納米線溶液中，接著加入相同體積的Tris緩沖液（如10mM，pH=8.5），室溫下敞口攪拌20-28h，之后離心純化，溶解于相同體積的甲醇中，得到聚多巴胺包覆的柔性聚合物納米線；

（3）配置適合濃度的聚多巴胺包覆的柔性聚合物納米線，取少量甲醇溶液在基底上旋涂，得到大面積的柔性聚合物納米線網絡；

（4）將該基底在管式爐中煅燒，可以得到二維連續碳管網絡。

本發明中，兩親性嵌段共聚物為聚（乙二醇）-嵌段-聚（4-乙烯基吡啶），其中，聚（乙二醇）分子量可以在2000-20000之間，聚（4-乙烯基吡啶）分子量可以在2000-20000之間，交聯劑可以為1,4-二溴丁烷。納米線交聯程度可以在10%-100%之間，交聯后，可以穩定存在溶液中。

本發明中，兩親性嵌段共聚物的柔性聚合物納米線長度可以在幾百納米到十幾個微米之間（例如在300納米到15微米之間）。

本發明中，制備聚多巴胺包覆的柔性聚合物納米線時，多巴胺小分子與聚合物納米線的質量比可以在0.1-10之間，優選質量比為1-4。