[发明专利]一种基于Ce4+的表面修饰塑料模板的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种基于Ce⁴⁺的表面修饰塑料模板的制备方法及其应用。所述基于Ce⁴⁺的表面修饰塑料模板的制备方法，包括：以Ce⁴⁺正离子为表面修饰试剂，通过浸泡在塑料模板表面吸附Ce⁴⁺；再利用碱液将Ce⁴⁺转化为CeO₂纳米颗粒。将此模板浸泡于生长材料的水溶液中，通过水热法可制得的三维架构功能材料。本发明所制得的表面修饰塑料模板具有良好的亲水性；其表面的CeO₂种子可作为后续生长功能材料的主要形核位点，对后续生长的氧化物或者氢氧化物类别和结构都没有明显的限制；通过水热法在修饰后的塑料上生长得到光滑完整的镀层，并且使得构成镀层的纳米颗粒大小、形状均匀。所述模板的修饰方法省时省力，成本低廉，对今后高聚物塑料实现更加广泛的应用具有重要意义。

技术领域

本发明属于模板法化学合成领域，具体涉及一种基于Ce⁴⁺的表面修饰塑料模板的制备方法及其应用。

背景技术

塑料是以单体为原料，通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物，是当今世界产量最大、应用最广的高分子材料。目前，塑料材料的应用领域仍在进一步扩大，已经涉及国民经济及人们生活的各个方面。如何能够通过简单的化学模板方法对塑料材料表面进行改性，从而实现塑料材料的功能化，越来越成为研究人员关注的热点问题。

模板法是制备三维架构化功能材料最为直接有效的方法。在使用模板法生长功能材料的过程中，一般需要通过表面修饰的方法提高功能材料和塑料模板的兼容性。然而目前常见的表面修饰方法存在着表面修饰试剂复杂，成本高，费时长等问题，严重制约了通过模板法在塑料上构建三维架构化的功能材料的发展和应用。

虽然研究者目前已经发现了高分子聚合物、多巴胺、天然多酚等对塑料模板材质没有选择性的表面修饰试剂，利用这些表面修饰试剂可以在各类模板表面引入统一的性质并进一步生长功能材料。但是通过这些方法在塑料模板表面形成的表面修饰层主要由有机物构成，大多存在导电性差，在强酸、碱性溶液中不稳定等诸多问题，限制了其在能源储存和转化领域的应用。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种基于Ce⁴⁺的表面修饰塑料模板的制备方法。本发明利用Ce⁴⁺的强氧化性氧化塑料模板表面，在塑料表面形成了含氧官能团和离散的CeO₂纳米颗粒层，后者表面的大量缺陷降低了过渡金属的吸附能，成为生长氧化物和氢氧化物的有效形核位点；所述塑料模板具有良好的稳定性和普适性；通过进一步调整水热法实验参数，在此表面修饰塑料模板表面生长得到多种不同维度(从零维到二维)的纳米材料，从而简单快捷地实现功能材料三维架构化的预期目标。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于Ce⁴⁺的表面修饰塑料模板的制备方法，包括：以Ce⁴⁺正离子为表面修饰试剂，通过浸泡在塑料模板表面吸附Ce⁴⁺；再利用碱液将Ce⁴⁺转化为CeO₂纳米颗粒。

本发明中，所述浸泡温度可为室温或更高，如20-60℃，且浸泡温度越高相应的修饰效果越好，如达到50-60℃；所述水溶液中Ce⁴⁺浓度为0.05-0.2mol/L，优选0.1-0.2mol/L。浸泡时间在2-2.5h。

所述表面修饰试剂选自硝酸铈铵、硫酸铈等四价铈盐中的一种或多种。

所述碱液选自NaOH、KOH等。所述碱液的浓度为0.05-0.2mol/L，优选0.1mol/L；浸泡时间为5-7min。

所述塑料包括但不限于苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在制备前，须先将塑料放入无水乙醇中，超声清洗，然后用蒸馏水清洗多次，除去塑料表面残余的乙醇。