CN104477871A - 包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合材料技术领域的包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的制备方法，包括如下步骤：步骤一，取2,7-芘二硼酸，多壁碳纳米管，加入N,N-二甲基甲酰胺中，放入耐热玻璃反应管中，超声分散形成悬浮液A；步骤二，悬浮液A经过3次以上液氮冷冻-抽真空-脱气步骤，密封，在一定温度下反应一段时间，得到粗产物B。步骤三，将粗产物B离心后用特定溶剂清洗2次，干燥得到包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物。本发明的方法无污染，反应条件温和简单，对设备的要求简单，适合工业化大规模生产。

Description

包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的制备方法，具体是包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物。
背景技术
多孔骨架材料在气体贮存、分离、催化、传感、光电以及生物医药等多个领域显示优异性能而受到广泛的关注。共价有机框架(Covalent Organic Frameworks；COFs)是一类具有规整多孔结构的平面高分子，由有机结构单元通过共价键连接而形成，具有较大的比表面积、结构的多样性以及可调控的物理化学性质，使其在储氢，非线性光学、磁性、超导等新领域具有潜在的应用前景。经过现有技术的文献检索发现，2012年DonglinJIANG等在《Chemical Society Reviews》41卷第6010-6022页发表Covalent OrganicFramework(共价有机框架)。与传统的线性和三维高分子相比，共价有机框架具有截然不同的结构特征，其原子层结构清晰，连接方式明确，结构单元排列规整，具有精密的周期性；材料结晶度高，可形成完美的层状堆积框架。
目前，在气体吸附存储和能量转移材料领域，产品较为单一，性能还无法满足需要，而且生产方法对设备要求较高，成本高，还无法实现工业化生产。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的制备方法，其包括如下步骤：
将2，7-芘二硼酸、多壁碳纳米管加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散形成悬浮液A；
将所述悬浮液A经过至少3次液氮冷冻-抽真空-脱气处理，密封后在120℃下反应24～72h，得到粗产物B；
将所述粗产物B离心后，收集不溶物，依次用N,N-二甲基甲酰胺和丙酮洗涤、干燥后得到产品，其包覆在多壁碳纳米管上的聚芘共价有机框架结构式如下：
根据多次试验，确定只有在120℃的反应温度下，包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物才能充分形成。
作为优选方案，所述2，7-芘二硼酸与多壁碳纳米管的质量比为4:1。
作为优选方案，所述多壁碳纳米管的长度为5～9μm，直径为110～190nm。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的方法首次合成包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物，将多壁碳纳米管和共价有机框架形成复合材料，可以形成强的π-π相互作用，在气体吸附存储和能量转移应用领域有广阔的前景。
2、本发明的方法绿色无污染，对设备的要求简单，适合工业化大规模生产。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物结构示意图；
图2为实施例1制备的包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的电镜照片；
图3为实施例1制备的包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的X射线衍射图谱；
图4为实施例2制备的包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的X射线衍射图谱；
图5为实施例3制备的包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明中各实施例制备的包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的结构如图1所示。
实施例1
本实施例提供了一种包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物，步骤如下：
步骤一，取20mg的2,7-芘二硼酸，5mg的多壁碳纳米管，加入2ml的DMF溶剂，放入10ml的耐热玻璃反应管中，超声分散5分钟形成悬浮液A；
步骤二，悬浮液A经过3次液氮冷冻-抽真空-脱气步骤，密封，在120度温度反应24小时，得到粗产物B；
步骤三，将粗产物B离心后，收集不溶物，用2ml的DMF和2ml的丙酮溶剂各清洗2次，干燥得到包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物。
实施效果，本实施例制备的包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的电镜照片如图2所示，可以清晰看出聚芘共价有机框架明显包覆在多壁碳纳米管上。X射线衍射图如图3所示，其中4.6度和9.4度的是聚芘共价有机框架特征峰，26.3度是多壁碳纳米管的特征峰。根据实验数据由BET理论从吸附等温线计算出材料的比表面积为601m2g-1。
实施例2
本实施例提供了一种包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物，步骤如下：
步骤一，取20mg的2,7-芘二硼酸，5mg的多壁碳纳米管，加入2ml的DMF溶剂，放入10ml的耐热玻璃反应管中，超声分散15分钟形成悬浮液A；
步骤二，悬浮液A经过3次液氮冷冻-抽真空-脱气步骤，密封，在120度温度反应48小时，得到粗产物B。
步骤三，将粗产物B离心后，收集不溶物，用2ml的DMF和2ml的丙酮溶剂各清洗2次，干燥得到包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物。
实施效果，本实施例制备的包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物X射线衍射图如图4所示，其中4.6度和9.4度的是聚芘共价有机框架特征峰，26.4度是多壁碳纳米管的特征峰。根据实验数据由BET理论从吸附等温线计算出材料的比表面积为588m2g-1。
实施例3
本实施例提供了一种包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物，步骤如下：
步骤一，取20mg的2,7-芘二硼酸，5mg的多壁碳纳米管，加入2ml的DMF溶剂，放入10ml的耐热玻璃反应管中，超声分散30分钟形成悬浮液A；
步骤二，悬浮液A经过3次液氮冷冻-抽真空-脱气步骤，密封，在120度温度反应72小时，得到粗产物B。
步骤三，将粗产物B离心后，收集不溶物，用2ml的DMF和2ml的丙酮溶剂各清洗2次，干燥得到包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物。
实施效果，本实施例制备的包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物X射线衍射图如图5所示，其中4.6度和9.3度的是聚芘共价有机框架特征峰，26.4度是多壁碳纳米管的特征峰。根据实验数据由BET理论从吸附等温线计算出材料的比表面积为596m2g-1。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.包覆聚芘共价有机框架的多壁碳纳米管复合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将2，7-芘二硼酸、多壁碳纳米管加入N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散形成悬浮液；
将所述悬浮液经过至少3次液氮冷冻-抽真空-脱气处理，密封后在120℃下反应24～72h，得到粗产物B；
将所述粗产物B离心后，收集不溶物，依次用N,N-二甲基甲酰胺和丙酮洗涤、干燥后得到产品。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述2，7-芘二硼酸与多壁碳纳米管的质量比为4:1。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管的长度为5～9μm，直径为110～190nm。
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