[发明专利]用于制备用金属元素掺杂的聚合物材料的方法以及通过该方法获得的材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备用金属元素掺杂的聚合物材料的方法，可以通过该方法获得的聚合物材料，新型单体以及这些聚合物材料的各种用途。

这些聚合物材料发现在适于用金属元素掺杂的聚合物材料的应用的全部领域中的应用，例如载体催化，发光材料，磁性材料或离子印迹材料。特别地，发现它们在用于惯性约束核聚变实验中的激光靶的生产中的应用。

背景技术

关于这种类型的材料的非常广阔的应用领域，许多小组将他们的研究集中在用于生产这样的材料的方法。

第一种策略在于用金属盐溶液浸渍聚合物材料。

因此，Rinde等人在US 4,261,937中描述了一种用于制备用金属元素掺杂的聚合物泡沫的方法，包括将聚合物凝胶倒入包含所述金属元素的盐的水溶液中。然后使该凝胶与一系列降低极性的溶剂接触，以便除去所引入的水。所用的每种溶剂必须能够溶解前面的溶剂，并且用所选的金属盐饱和。

然而，该方法具有的主要缺点在于，金属元素的分布在原子水平上不能是完全均匀，因为在干燥期间发生金属盐的结晶，接着在材料中形成纳米晶或微晶。而且，由于该浸渍是在高分子凝胶上进行的，所以金属元素的扩散并不在整个凝胶中发生。

第二个策略不在于用金属盐溶液浸渍聚合物材料，而是在于使用固体金属颗粒来掺杂这种类型的材料。

因此，Faith等人在Fusion Science and Technology，Vol.45，Mar.2004，p.90-94中描述了一种用于制备装填有固体金颗粒的泡沫的方法，这些泡沫是通过在所述颗粒存在下，原位聚合三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体而制得的。然而，该方法不能实现在材料内的均匀分布，该掺杂具有包括数十或甚至数百个原子的聚集颗粒的形式。

最后，最近的策略在于通过有机金属单体，即，其金属元素共价结合于单体的一个或多个原子上的单体的共聚合来制备聚合物材料(如在Tetrahedron Letters，2000，41，4905中所描述的)。

然而，可以证明该类型的策略难以实施，因为它要求开发对于可用作掺杂金属元素的各种金属特定的化学物质。

因此，存在对用于制备用金属元素掺杂的聚合物材料的方法的实际需要，该方法能使所述金属元素均匀引入到材料中，并且不需要开发对于要引入的金属元素特定的化学物质。

发明内容

为此，本发明的发明人明断地提出了一种用于制备用金属元素掺杂的聚合物材料的方法，该方法结合了聚合技术和配位化学技术。

因此，本发明通常涉及一种用于制备用至少一种金属元素掺杂的聚合物材料的方法，包括以下步骤：聚合由所述元素和所述元素的一种或多种配体形成的所述金属元素的配位化合物，所述配体属于至少一种包括至少一个烯基基团的单体。

对于本发明来说，规定术语“配位化合物”是指包括掺杂金属元素的多原子结构，属于至少一个单体的基团通过配位键结合在掺杂金属元素周围，该配位键通过将属于所述基团的一对电子引入到金属元素的空轨道中而形成。

本发明的方法因此具有下列优点：

-该方法允许各种金属元素引入到聚合物材料中，这是由于通过配位键金属元素与单体之间发生结合；

-该方法允许金属元素分布在原子水平上；

-该方法允许金属元素的高程度的掺入，所述程度取决于在聚合步骤中使用的配位化合物的量。

根据本发明，包括能够构成配体的基团的单体是包括至少一个带有自由电子对的基团，特别是胺基团，以及可选地至少一个带负电荷的基团，特别是羧酸根基团的单体。有利的单体可以包括至少一个胺基团和至少一个羧酸根基团，这两种类型的基团可以来自氨基酸残基。

更具体地，可用于本发明的方法中并且可形成配位化合物的单体可对应于下式(I)及其盐：

其中：

-R表示选自下式的组中的基团：

-R₁和R₂独立地表示H、烷基基团、和芳基基团、具有下式的基团：

R₁₁和R₁₂独立地对应于与上面给出的R₁和R₂相同的定义所对应的基团；

-R’为OR₁₃或胺基团；