[发明专利]一种多孔中空聚合物纳米网络及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多孔中空聚合物纳米网络及其制备方法和应用，其中，所述的多孔中空聚合物纳米网络由聚合物纳米球组成，所述的聚合物纳米球具有微孔壳‑中空腔纳米结构，中空腔直径为80～260nm，壳层厚度为5～50nm，壳层材料为聚合物。所述的多孔中空聚合物纳米网络具有较高的比表面积(420～790m²/g)，且具有空心腔和三维连通网络结构，多孔中空聚合物纳米网络的尺寸可通过改变实验条件来调节，壳层微孔大小可通过反应条件和交联方式进行调节。本发明提供的多孔中空聚合物纳米网络材料结合了多孔材料和聚合物的独特优势，使其在能源、催化、吸附、生物医学等诸多领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，尤其涉及一种多孔中空聚合物纳米网络及其制备方法和应用。

背景技术

多孔聚合物具有密度低、比表面积高、孔结构可控、表面化学易剪裁等优点，在能源、环境、催化、化工等领域均有广泛的应用。然而现有多孔聚合物的孔结构经常存在孔隙率不高且缺乏多功能集成而导致性能一般且应用受限等问题。有鉴于此，作为一类重要的多孔高分子材料，中空聚合物纳米网络具有独特的空心腔、较高的比表面积以及可修饰的表面官能团等优点，而与具有单一孔结构的经典多孔材料相比，纳米网络结构材料具有独特的三维连通的层次化纳米网络孔道结构，由于各层次纳米孔道之间的协同效应，在吸附、催化、分离、环境等领域具有广阔的应用前景。然而，如何避免三维纳米网络孔洞在干燥过程中因强烈的毛细管收缩力而塌陷消失，是制备此类多孔聚合物的关键科学问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供了一种多孔中空聚合物纳米网络及其制备方法与应用，所述的多孔中空聚合物纳米网络具有较高的比表面积，并且尺寸均一，大小可控，孔径可调。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种多孔中空聚合物纳米网络，所述的多孔中空聚合物纳米网络由聚合物纳米球组成，所述的聚合物纳米球具有微孔壳-中空腔纳米结构，中空腔直径为80～260nm，壳层厚度为5～50nm，壳层材料为聚合物。

优选地，所述的多孔中空聚合物纳米网络的BET比表面积为420～730m²/g。

第二方面，本发明提供了一种多孔中空聚合物纳米网络的制备方法，包括以下步骤：

(1)将3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷加入到含有二氧化硅纳米粒子的溶剂一中，惰性气氛下回流反应8～16h，离心分离后洗涤干燥，再将其加入到溶剂二中，反应20～28h，离心分离后洗涤干燥，得到中间产物一；

(2)将步骤(1)制备得到的中间产物一加入到二氯甲烷中并搅拌，加入可逆加成-断裂链转移聚合试剂一、催化剂一和脱水剂，在20～40℃下反应24～36h，离心分离后洗涤干燥，得到中间产物二；

(3)将步骤(2)制备得到的中间产物二溶于溶剂三中，加入引发剂以及可逆加成-断裂链转移聚合试剂二，快速加入聚合物单体，惰性气氛保护下在40～80℃反应4～8h，离心分离后洗涤干燥，得到中间产物三；

(4)将步骤(3)制备得到的中间产物三进行成膜处理，然后利用基于傅-克(Friedel–Crafts)反应的预交联法和超交联法构筑三维网络结构，再进行刻蚀处理，即制备得到了多孔中空聚合物纳米网络。

优选地，步骤(1)中所述的3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷与所述二氧化硅的体积质量比为0.25～0.6：1(ml/g)。

优选地，步骤(1)中所述的溶剂一包括甲苯、二甲苯、乙醇、正丁醇中的一种或几种。

优选地，步骤(1)中所述的溶剂一与所述二氧化硅的体积质量比为20～30：1(ml/g)。