[发明专利]一种利用离子液体制备聚酰亚胺的方法及该方法制得的聚酰亚胺的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化材料的制备与应用。

背景技术

目前人类面临着严重的能源危机以及由于化石能源的过度使用所造成的环境污染。太阳能是来源最广泛、最清洁的可再生能源，因此、开发具有可见光活性的新型光催化材料直接利用太阳能来净化环境或分解水产氢已成为全球科学家关注的热点。

过去几十年中，在已经研究过的众多半导体光催化剂中，TiO₂由于性质稳定，是广受关注的光催化剂。但该材料同时存在制备成本高，仅具有紫外光吸收活性、无可见光吸收等问题，这大大限制了它的实际应用。有机半导体光催化材料由于不含金属、易制备、原料便宜，并具有可见光吸收，在近年来引起了广泛关注。有机半导体的结构特征是由苯环、C=C或C=N等具有π离域电子结构所组成的共轭体系。这种分子结构随着共轭重复单元数的增加导致大π键的成键轨道和反键轨道的能级差小于4 eV而属于半导体材料。虽然基于有机半导体的电子导通性或光电器件的研究已取得了引人注目的发展，但是对制备具有可见光活性、高结晶性和稳定性的有机半导体光催化材料并应用于光分解水产氢的研究很有限。

近年来，石墨烯由于其独特的力学、热学、电学和光学等性能，是研究最广的一类二维材料。但石墨烯的带隙为零，需要对其化学结构进行功能化才能打开其带隙，从而产生光催化性能。氧化石墨烯（GO）的带隙为2.4-4.3 eV，在高压汞灯照射下，在甲醇水溶液中表现出较高的光催化产氢活性，由于GO能高度分散在水溶液中，这有利于光生电子-空穴快速迁移到表面进行反应，所以GO即使在不担载助催化剂的条件下也能高效出氢，这为寻找不含金属的光催化体系提供了重要的借鉴意义。但是该体系目前还存在一定的局限性，如它的可见光产氢活性较低，此外、材料的光稳定性较差，材料结构易在光催化过程中发生明显变化。

最近，一种共轭微孔材料（CMP）被报道也具有很好的光催化活化分子氧生成O2的性能。CMP是一类苯并噻二唑结构，比表面积和孔容分别高达660 m²/g和 0.951 cm³/g，材料在光催化反应前后结构没有发生变化，表明其高的光稳定性。2009年，研究人员发现不含金属的碳氮聚合物（C₃N₄）在可见光下具有可见光催化分解水产氢活性。但目前具有可见光活性且不含金属的有机光催化材料主要局限于C₃N₄材料，而C₃N₄的制备过程涉及500℃以上的高温聚合，而且聚合过程有大量氨气放出。因此，研制合成过程简单、低成本、绿色环保、稳定高效的可见光型有机半导体光催化材料是光催化领域的挑战性课题，这也是未来光催化技术实现大规模化应用的关键。

综上所述，不含金属的有机半导体光催化材料具有广阔的发展前景，但目前该材料存在种类少，制备过程不环保等问题。所以极有必要开发绿色的合成方法制备新型的不含金属高分子光催化材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种制备工艺简单、成本低的新型光催化材料；

本发明的另一目的是提供一种上述光催化材料的制备方法--利用离子液体制备聚酰亚胺的方法；

本发明的又一目的是提供一种利用上述方法得到的聚酰亚胺的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

    一种利用离子液体制备聚酰亚胺（polyimide，简称PI）的方法，将两种有机单体在离子液体溶液中在100~300℃的聚合温度下聚合反应得聚酰亚胺，其中，

两种单体中的第一种为含有三个氨基功能团的芳香胺或杂环胺，第二种为含有酸酐功能团的芳香酐或杂环酐类；

第一种单体与第二种单体的摩尔比为0.2~5：1；

离子液体为咪唑四氟硼酸盐类或四丁基磷咪唑盐；

离子液体与单体总和的用量比例关系为离子液体:单体的摩尔比为1.6~5：1。

   优选的，所述聚合反应采用在230℃下恒温反应8h

   作为优选方案，上述的利用离子液体制备聚酰亚胺的方法，所述第一种单体中，含有三个氨基功能团的芳香胺的苯环数目为1-3个，杂环胺类的杂环包括噻吩、吡咯和三嗪；所述第二种单体中，含有酸酐功能团的芳香酐的苯环数目为1-5个，含有酸酐功能团的杂环酐的杂环包括吡啶、吡嗪和三嗪。

    进一步优选的，所述第一种单体为三聚氰胺，第二种单体为均苯四甲酸酐，所述离子液体：三聚氰胺：均苯四甲酸酐的摩尔比为5：1：1。