[发明专利]一种利用溶剂界面扩散制备酞菁微纳结构的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及酞菁微纳米材料领域，特指一种利用溶剂界面扩散制备制备酞菁微纳结构的方法。

背景技术

1907年Braun和Tchemiac教授在研究邻氰基苯甲酰胺的过程中，对邻氰基苯甲酰胺加热后得到了一种蓝色的物质，这种蓝色的物质就是后来的酞菁；1923年Diesbach教授等人发现用邻二苄溴与氰化亚铜反应可以制得一种蓝色物质，也就是后来的铜酞菁(CuPc)，但直到1935年Robertson教授发现了酞菁的首个单晶，才标志着酞菁的发现。

    酞菁一问世，便以它那独特的蓝色、较低的生产成本、较好的稳定性及着色性，受到了较多的关注；在酞菁的早期研究中，因为其特殊的颜色常被用做颜料和染料；用酞菁制成的颜料和染料不但色泽光鲜，着色强，而且该染料或颜料无毒，此外，酞菁是一个大环化合物，环内部有一个空穴（图1）；空穴的直径约为2.7 × 10^?10m，中心腔内的两个氢原子可以被几乎所有的金属和一大部分非金属原子取代，酞菁环本身是一个具有18个π电子的大π体系，在这个环上的电子密度的分布非常均匀，并且C=N-C的长度几乎相等，这使得酞菁成为了一种非常重要的有机半导体，目前酞菁因为具有独特的光电性能以及对气体的敏感性等等已被广泛的应用于化学传感器、太阳能电池和光催化剂等各种新型功能材料中，而且，酞菁的苯环上可以引入多种取代基，从而达到对酞菁分子的改性作用，获得不同结构与不同性质的酞菁衍生物，进一步以扩大了酞菁的应用范围。

    当酞菁应用于化学传感器、太阳能电池和光催化剂等领域时，通常需要将酞菁分子组装成各种微纳结构的聚集体，从而满足应用的要求，例如，将酞菁制备成微纳米晶体，可以增加酞菁的表面积，从而增强酞菁传感器的灵敏度和光催化剂的活性；使酞菁分子形成特定的一维有序堆积结构可以建立电子定向传输通道，减小光生载流子复合几率，对于提高太阳能电池的效率具有重要的意义；目前，已有多种方法可以制备酞菁的微纳结构，其中有代表性的方法包括：1）物理气相沉积法，在真空或特定的气氛中通过蒸发的方式处理酞菁原料，从而产生气态酞菁分子并在基板上沉积生长成特定的微纳结构；2）超声法，在特定的溶剂中利用超声将酞菁分子充分分散，后在溶剂分子的帮助下进行自组装形成特定的微纳结构；3）电泳沉积法，利用阳极氧化铝模板，电泳沉积制备特定的酞菁微纳结构；4）酞菁合成原料的溶剂热法，将制备酞菁的原料（如4-硝基邻苯二甲腈）进行溶剂热反应，在合成酞菁的过程中形成其特定微纳结构；上述各种方法存在着各自的问题：第一种方法制备成本高，不利于大规模生产；第二种方法对超声设备要求苛刻，较难保证产品的微纳结构；第三种方法需要借助模板；而第四种方法在酞菁的合成过程中不可避免的引入副反应和其他产物，从而影响酞菁的纯度和其微纳结构的性质；本发明则提出了一种新的酞菁微纳结构的制备方法，可以制备不同形态的酞菁微纳结构，并且该方法未见专利或非专利文献报导。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷与不足，开发一种新型的制备酞菁微纳结构的方法。

本发明提供的酞菁微纳结构制备方法包括下列步骤：

1）  将酞菁溶解于含有三氟乙酸的溶剂A中。

向步骤1）中制备的酞菁溶液缓慢添加溶剂B，形成溶剂A和B的界面，由于三氟乙酸可溶于溶剂B中，使三氟乙酸由溶剂A向B扩散；在A和B的交界面可以得到薄膜状的酞菁结构；在溶剂A中可得到杆状的酞菁结构。

2）  收集所制备的具有微纳结构的酞菁。

    所述步骤1）中溶剂A除含三氟乙酸外，还包括但不限于二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、氯苯、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、三氯三氟乙烷中的一种或上述二种以上溶剂按任意体积比的混合物，所选溶剂要求能溶解三氟乙酸，并最终溶解一定量的酞菁，三氟乙酸在溶剂A中的体积百分数优选为20%至80%。