[发明专利]用硫化钠与全氯代苯并苊烯制备有机高分子纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机高分子纳米管，尤其是涉及一种通过溶剂热法利用硫化钠与全氯代苯并苊烯制备有机高分子纳米管的方法。

背景技术

始于20世纪90年代初日本科学家Iijima发现的碳纳米管(CNTs)，纳米科学和技术迅速发展成为一个新的学科分支。随着在纳米科学和技术蓬勃的发展，纳米科学和技术已成为当今的研究热点。纳米材料已成为新世纪人们关注的科学和技术中的三大热点之一。纳米材料体系因其许多不同寻常的物理化学性能而具有广阔的应用前景，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面与界面科学等多种学科，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值。在生命科学的研究和信息技术的发展上都需要具有纳米科学和技术正发挥着其重要的作用。纳米材料已成为新世纪人们关注的科学和技术中的三大热点之一，世界各国纷纷制定发展纳米科学技术的战略，纳米科技成为世界科技竞争的一个热点领域。

有机高分子材料是纳米材料中的重要组成部分，这些材料的奇异特性由其微观尺度上的原子结构、官能团的位置及特殊的表面与界面结构所决定。随着纳米科学研究的深入，人们已经不满足于无机纳米材料的性质与应用，而有机高分子材料因有其独特的特性以及无机材料的不可替代，应用高价值和前景的广阔，已经引起研究人员的广泛关注。有机高分子纳米材料的制备是实现高分子纳米材料研究的前提条件。

相比于碳纳米管的蓬勃发展，有机高分子纳米管发展缓慢。其中最大的原因在于有机高分子纳米管的制备研究较少而且合成方法有限，从而限制了对有机高分子纳米管的研究和应用。而有机高分子纳米管因其拥有管的形态故有相当可观的应用前景。有机高分子纳米管可以作为微腔和微囊，在制药和医学上有着良好的应用价值和前景，并且可以作为微反应器。表面修饰了功能化物质而制备成复合的有机高分子管有序排列可以制备成带有多孔的功能化薄膜，而复合的有机高分子纳米管自身在有机和无机杂化的材料在催化和传感器技术中有着良好的应用前景。

现有的有机高分子纳米管的制备方法主要有：1)利用多孔硅或氧化铝作为模版，通过浸润作用让苯乙烯单体浸润在管内壁上并进行聚合形成管，最后再将模版除去，得到聚苯乙烯管。2)先制备出无机金属氧化物纳米棒，然后让单体在无机金属氧化物纳米棒上聚合形成包裹结构，再将无机金属氧化物出去从而得到有机高分子纳米管(Martin J.Mulvihill，Benjamin L.Rupert，Rongrui He，Allon Hochbaum，John Arnold，and Peidong Yang，JACS，2005，127，16040-16041)。3)先用电纺丝技术合成有机高分子的纳米线，然后通过化学气相沉积(CVD)法将沉积于电纺丝技术合成有的机高分子纳米线，形成包裹结构，最后将电纺丝技术合成有的机高分子纳米线除去从而得到有机高分子纳米管。

以上的合成方法存在的最大缺陷是不能一步合成有机高分子纳米管，操作过程相对繁琐，不利用于工业化的大量合成，限制了其应用性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的有机高分子纳米管合成方法中存在的不能一步合成、操作过程相对繁琐、不利于工业化的大量合成以及其应用受到极大限制等问题，提供一种通过在溶剂热条件下用硫化钠与全氯代苯并苊烯制备有机高分子纳米管的简易方法。

本发明的技术方案是由全氯代苯并苊烯与九水合硫化钠在溶剂热条件下进行威廉森(A.W.William son)缩合反应，通过产物的自组装实现一步法制备有机高分子纳米管。

本发明包括如下步骤：

1)将九水合硫化钠溶解于无水乙醇中得溶液A，将全氯代苯并苊烯加入溶剂中得混合物B，并对混合物B进行超声30～60s，按九水合硫化钠的硫原子与全氯代苯并苊烯的氯原子的摩尔比，九水合硫化钠的硫原子∶全氯代苯并苊烯的氯原子＝1∶(2～3)，按体积比溶剂∶无水乙醇＝1∶(16～32)，溶剂选自甲苯，环己烷或四氢呋喃中的一种；

2)将溶液A和混合物B加入容器中，超声30～60s，然后将容器置于反应釜中加热至120～180℃，恒温至少1h后冷却，得混合物C；

3)取混合物C的下层红色沉淀，再用甲苯、水和乙醇反复清洗至少1遍，即得到最后目标产物有机高分子纳米管。

在步骤1)中，按九水合硫化钠的硫原子与全氯代苯并苊烯的氯原子的摩尔比，最好九水合硫化钠的硫原子∶全氯代苯并苊烯的氯原子＝1∶2；最好按体积比溶剂∶无水乙醇＝1∶16。