CN1267342C - 聚合c60一维纳米材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚合C60一维纳米材料，是由模板控制自由基聚合得到的C60分子间共价连接的C60一维聚合体纳米管。其自由基聚合是在惰性气体保护下于400～550℃维持2～4小时，1千瓦紫外光照0.5～1小时。本一维纳米材料是优良的有机铁磁体材料。应用于纳米器件，将有利于纳米器件性能的改进。
Description
一、技术领域
本发明涉及功能材料中的一种铁磁体材料及其制备方法，具体涉及一种有机铁磁体材料及其制备方法，确切地说是C60聚合体一维纳米材料及其制备方法。
二、背景技术
C60是一类新型团簇材料，是除金刚石和石墨之外的又一种全碳材料。自1985年Kroto等发现C60分子以来，富勒烯一直是各国科学家关注的热点，也是世界科学的前沿领域，新发现不断涌现，激起了科学家们经久不衰的研究热情。C60及其衍生物在光学、半导体科学、非线性光学以及抗辐射、润滑剂等方面具有重要的科学价值和巨大的应用前景，并且对其他学科如生命、医学等领域，也显示了很大的潜在应用前景。
到目前为止，已报道的富勒烯基分子铁磁体有两类：第一类是富勒烯电荷转移盐。第二类铁磁体是C60二维层状聚合物。最近的实验和理论研究表明由于纯石墨中电子的不稳定性，可以引起石墨产生室温超导和铁磁性质。这一结果引起了人们研究纯碳固体的广泛兴趣。2001年Makarova等人(T.L.Makarova et al.Nature，2001，413，716)在探寻C60聚合物的超导现象时意外地发现了C60二维层状聚合物菱面晶体具有铁磁性相互作用，Tc高达500K，这是迄今为止Tc最高的纯有机铁磁体，是分子基铁磁体研究领域的一个重大突破，具有重要的学术意义。但对C60聚合物的形态控制合成尚未见报道。
三、发明内容
本发明所称的聚合C60一维纳米材料是C60分子之间通过共价键相互连接成C60一维聚合体纳米管，该一维形态及其聚合度由模板控制的自由基聚合得到。
本发明的一维功能材料是C60首先制备单体C60Cl6，然后热解脱去氯原子，形成C60自由基，这样C60分子之间可以通过共价键相互连接，而此过程是在模板中进行的，控制了C60聚合的形态，从而形成了一维聚合纳米管，也即所需要的一维纳米材料。
本制备方法包括单体C60Cl6的制备及其溶液的配制、阳极氧化铝模板的处理、将单体溶液加到模板中，再经热解、冷却、紫外光照、碱溶模板和洗涤干燥得到一维纳米材料，其特征在于：所述的热解是将吸附有单体的模板在惰性气体保护下于400～550℃维持2～4小时，1千瓦紫外光照0.5～1小时。
所述的惰性气体为氩气。
具体制备方法如下：
(1)合成C60Cl6：向新蒸的苯中加入一定量C60，搅拌使之全溶，再向C60的苯溶液中加入过量的ICl，加热回流约20分钟，冷却(前述过程在无水无氧条件下进行)，溶液转移入分液漏斗，加入一定量新配的饱和Na2S2O3水溶液，充分振荡，放出下层液体，重复6～8次，以完全除去未反应的ICl，最后将上层液体倒入锥形瓶中，加入一定量的无水MgSO4，静置4～5小时，抽滤，将所得滤液浓缩，浓缩的滤液再过一次柱子，用新蒸的苯作为淋洗剂，过柱后所得的液体通过减压抽去溶剂，即得所需的原料C60Cl6。
(2)处理氧化铝模板：用1200目的细砂纸打磨阳极氧化铝模板的反面，然后分别依次用二次水，无水乙醇，丙酮，氯仿，正己烷超声清洗氧化铝模板，各15分钟，烘干备用。
(3)配制C60Cl6溶液：取一定量C60Cl6于容器中，加入一定量新蒸的苯使C60Cl6全溶，成C60Cl6的苯溶液。
(4)将C60Cl6溶液装入氧化铝模板的孔道内，将C60Cl6的苯溶液滴加到氧化铝模板上，利用毛细现象使C60Cl6的苯溶液进入氧化铝模板的孔道内，真空抽干，再滴，反复多次，经过这种多次的滴-干-滴，(或将氧化铝模板浸入C60Cl6的苯溶液中，并保持一定时间)，使C60Cl6充分进入氧化铝模板的孔道内，最后真空抽干氧化铝模板。
(5)热解：将氧化铝模板放入石英管中，抽去空气，通惰性气体，在惰性气体保护下于管式炉中加热到一定温度并保持一定时间，冷却，取出。
(6)紫外光照：将热解后的样品置于光化学反应器中，在惰性气体保护下紫外光照一段时间。
(7)溶解，洗涤，干燥：用新配的2M NaOH溶液溶去氧化铝模板，得黑色粉末，将黑色粉末离心，吸出上层液体，再用二次水或无水乙醇反复洗涤，离心，最后将所得黑色粉末烘干，即得所需C60聚合体一维纳米材料。
本发明制备方法简单。所得到的聚合一维纳米材料是优良的有机铁磁体材料。应用于纳米器件，将有利于纳米器件性能的改进。
四、附图说明
图1：C60聚合体纳米管的高分辨电镜图。
图2：C60聚合体纳米管的扫描电镜图。
五、具体实施方式
本发明非限定实施例叙述如下。
实施例1：
(1)原料
C60粉末，ICl，苯，新配的饱和Na2S2O3水溶液，无水MgSO4，阳极氧化铝模板
(2)制备
a、合成C60Cl6：取一干燥的三颈瓶，抽去空气，充满氩气，反复三次，在氩气保护下加入新蒸的苯180ml，再向苯溶液中加入180mg C60粉末，搅拌使C60粉末全溶，加入ICl 2～3g，加热回流约20分钟，停止反应，冷却，溶液转移入分液漏斗，加入50ml新配的饱和Na2S2O3水溶液，充分振荡，放出下层液体，重复6～8次，以完全除去未反应的ICl，最后将上层液体倒入锥形瓶中，加入6～8g无水MgSO4，静置4～5小时，抽滤，将所得滤液浓缩，浓缩的滤液再过一次柱子，用新蒸的苯作为淋洗剂，过柱后所得的液体通过减压抽去溶剂，即得所需的原料C60Cl6。
b、处理氧化铝模板：用1200目的细砂纸打磨阳极氧化铝模板的反面，然后分别依次用二次水，无水乙醇，丙酮，氯仿，正己烷超声清洗氧化铝模板，各15分钟，烘干备用。
c、配制C60Cl6溶液：取10mg C60Cl6于25ml圆底烧瓶中，加入8ml新蒸的苯，使C60Cl6全溶，成C60Cl6的苯溶液。
d、将C60Cl6溶液装入氧化铝模板的孔道内：将C60Cl6的苯溶液滴到氧化铝模板上，利用毛细现象使C60Cl6的苯溶液进入氧化铝模板的孔道内，真空抽干，再滴，8～10次，经过这种多次的滴-干-滴，使C60Cl6充分进入氧化铝模板的孔道中，最后真空抽干氧化铝模板。
e、热解与紫外光照：将氧化铝模板放入石英管中，抽去空气，通氩气，在氩气保护下于管式炉中加热到400℃并保持4小时，氩气气氛下冷却，取出。再置于光化学反应器中，在惰性气体保护下用1千瓦紫外光照1小时。
f、溶解，洗涤，干燥：用新配的2M NaOH溶液溶去氧化铝模板，得黑色粉末，将黑色粉末离心，吸出上层液体，再用二次水或无水乙醇反复洗涤，离心，最后将所得黑色粉末烘干，即得所需C60聚合体一维纳米材料。
实施例2：
(1)原料及(2)中的a、b、c、d、f、同实施例1
e、热解与紫外光照：将氧化铝模板放入石英管中，抽去空气，通氮气，氮气保护下于管式炉中加热到550℃并保持2小时，氮气气氛下冷却，取出。再置于光化学反应器中，在惰性气体保护下用1千瓦紫外光照0.5小时。
实施例3：
(1)原料及(2)中的a、b、c、e、f、同实施例1
d、将C60Cl6的苯溶液装入氧化铝模板的孔道内：将氧化铝模板浸入C60Cl6的苯溶液中，浸泡20～24小时，利用毛细现象使C60Cl6的苯溶液充分进入氧化铝模板的孔道内，最后真空抽干氧化铝模板。
实施例4：
(1)原料及(2)中的a、b、c、f、同实施例1
d、将C60Cl6的苯溶液装入氧化铝模板的孔道中：将氧化铝模板浸入C60Cl6的苯溶液中，浸泡20～24小时，利用毛细现象使C60Cl6的苯溶液充分进入氧化铝模板的孔道内，最后真空抽干氧化铝模板。
e、热解与紫外光照：将氧化铝模板放入石英管中，抽去空气，通氩气，在氩气保护下于管式炉中加热到550℃并保持2小时，氩气气氛下冷却，取出。再置于光化学反应器中，在惰性气体保护下用1千瓦紫外光照0.5小时。
Claims (2)
1、一种聚合C60一维纳米材料的制备方法，包括单体C60Cl6的制备及其溶液的配制、阳极氧化铝模板的处理、单体溶液加到模板中，再经热解、冷却、紫外光照、碱溶模板和洗涤干燥，其特征在于：所述的热解是将吸附有单体的模板在惰性气体保护下于400～550℃维持2～4小时，1千瓦紫外光照0.5～1小时。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的惰性气体为氩气。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Huangshan Huahui Technology Co., Ltd. Assignor: Anhui Normal University Contract record no.: 2011340000387 Denomination of invention: Polymeric C60 one-dimensional nano material and method for preparing the same Granted publication date: 20060802 License type: Exclusive License Open date: 20050601 Record date: 20110831 |
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| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060802 Termination date: 20120928 |