[發(fā)明專利]石蠟中Polyynes的制備、存儲(chǔ)及取出方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211039923.9
• 申請(qǐng)日: 2022-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115367735A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙新洛;劉軼;駱濤;房良;暢偉偉;朱天翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/15
• 分類號(hào): C01B32/15
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明公開(kāi)了石蠟中Polyynes的制備、存儲(chǔ)及取出方法，能夠大量制備高純度高濃度Polyynes并長(zhǎng)期存儲(chǔ)在固體石蠟中。本發(fā)明是在不低于75℃水浴中將石蠟融化為液態(tài)并在其中碳電極棒起弧放電，通過(guò)有機(jī)溶劑捕集溢出氣體獲得Polyynes分子。將捕集的Polyynes提純后存儲(chǔ)于固體石蠟中，解決了Polyynes的長(zhǎng)期存儲(chǔ)技術(shù)瓶頸。存儲(chǔ)在固體石蠟中的Polyynes可采用存儲(chǔ)的逆過(guò)程從固體石蠟中隨時(shí)取出并再次使用。本發(fā)明方法提供了一種簡(jiǎn)單有效的Polyynes制備新手段，并且將高純度高濃度Polyynes成功存儲(chǔ)于固體石蠟中，解決了Polyynes的長(zhǎng)期存儲(chǔ)難題，必將會(huì)推動(dòng)和加速sp碳納米材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究以及工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石蠟中Polyynes的制備、存儲(chǔ)及取出方法。其中Polyynes主要是C₈H₂和C₁₀H₂，其在固體石蠟中可穩(wěn)定保存并能夠在必要時(shí)再次取出利用。

背景技術(shù)

在碳的三種雜化成鍵即sp，sp²和sp³軌道雜化的碳材料中，具有正四面體的金剛石(sp³)是目前已知的最高折射率和最高硬度的材料；六元環(huán)拼接的層狀結(jié)構(gòu)石墨(sp²)具有良好的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率；完全由sp軌道雜化成鍵的一維無(wú)限長(zhǎng)線性碳鏈物質(zhì)又稱為卡拜(Carbyne)，理論計(jì)算表明，一維碳鏈具有高導(dǎo)電性、超強(qiáng)的力學(xué)性能及更高的楊氏模量，其巨大的比表面積高達(dá)13000m²/g，單根一維碳鏈的帶隙可以在拉伸條件下從2.6到4.7eV自由調(diào)節(jié)。然而由于卡拜在自然環(huán)境中的極其不穩(wěn)定，至今仍未能在實(shí)驗(yàn)室合成。

Polyynes是兩端掛有氫原子單三建交替短碳鏈的統(tǒng)稱，通常兩端掛有其他基團(tuán)的稱之為Polyynes類系統(tǒng)。Polyynes作為單三建交替的短碳鏈，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，Polyynes在紫外光區(qū)域有很強(qiáng)的吸收，可應(yīng)用在非線性光學(xué)領(lǐng)域。Polyynes在卡拜研究的早起就能被制備獲得，被認(rèn)為是卡拜的近親，也是研究卡拜的途徑之一，卡拜的物性也可以通過(guò)Polyynes外推的方法進(jìn)行研究。同時(shí)，Polyynes基材料在活體細(xì)胞分類以及高通量診斷和篩選等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。另外Polyynes分子也可作為前驅(qū)分子填充至多壁、雙壁和單壁碳納米管中，通過(guò)高溫?zé)崽幚碓谔技{米管內(nèi)部融合為超長(zhǎng)線性碳鏈(LLCCs，即Carbyne)，獲得一維碳同素異形體——碳納米線(CarbonNanowires,CNWs)。

近年來(lái)，Polyynes的制備主要有兩種簡(jiǎn)單的物理方法，一個(gè)是激光燒蝕法，另一個(gè)是液相電弧法。激光燒蝕法制備Polyynes可獲得比液相電弧法長(zhǎng)度分布更廣的Polyynes，但其缺點(diǎn)在于燒蝕時(shí)間長(zhǎng)且產(chǎn)量低。相比之下，液相電弧法通過(guò)放電數(shù)分鐘就可以制備大量的鏈長(zhǎng)為6-18個(gè)碳原子的Polyynes分子。液相電弧法不僅產(chǎn)量高，而且易于獲得高純度Polyynes樣品。然而，隨著碳原子數(shù)的增加，Polyynes愈加變得不穩(wěn)定，并傾向于發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)和環(huán)加成生成sp²雜化碳材料，因此實(shí)驗(yàn)室合成和存儲(chǔ)Polyynes仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為了降低Polyynes活性，通過(guò)巨大基團(tuán)替換Polyynes氫端基制備出了最長(zhǎng)含有44個(gè)碳原子的Polyynes類分子。

到目前為止，即使Polyynes的制備方法和表征手段以及應(yīng)用得到了飛速發(fā)展，但是Polyynes在存儲(chǔ)方面依然存在著及其嚴(yán)重問(wèn)題。特別是Polyynes在高純度高濃度下加劇的交聯(lián)反應(yīng)和環(huán)加成，不僅使Polyynes分子變?yōu)閟p²雜化碳材料，而且還有爆炸的危險(xiǎn)，從而制約了Polyynes的進(jìn)一步基礎(chǔ)研究和工業(yè)化應(yīng)用。因此解決Polyynes的存儲(chǔ)問(wèn)題已經(jīng)成為迫切需要，對(duì)sp基碳納米材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究起著至關(guān)重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供石蠟中Polyynes的制備、存儲(chǔ)及取出方法，能實(shí)現(xiàn)Polyynes的大量制備，解決了高純度高濃度Polyynes的長(zhǎng)期存儲(chǔ)難題。