[发明专利]利用可重复利用交联聚合物微球模板制备Janus纳米片的方法

说明书

本发明公开了利用可重复利用交联聚合物微球模板制备Janus纳米片的方法。所述方法包括如下步骤：1)硅烷偶联剂吸附于交联型聚丙烯酰胺微球表面形成自组装的单层，得到硅烷偶联剂包覆的微球；2)在碱性条件下，自组装单层中，硅烷偶联剂中的基团‑Si‑X₃通过溶胶‑凝胶法形成硅基Janus膜，得到硅基Janus膜包覆的微球；3)采用硅烷对硅基Janus膜包覆的微球进行疏水改性，经疏水改性的硅基Janus膜从交联型聚丙烯酰胺微球上剥落即得到Janus纳米片。与现有方法相比，本发明方法采用交联型聚丙烯酰胺微球作为模板，该模板可回收后重复利用，因此可以降低成本。同时，本发明方法可以合成不同基团的Janus纳米片，因此可以指导合成不同用途的Janus纳米片。

技术领域

本发明涉及一种利用可重复利用交联聚合物微球模板制备Janus纳米片的方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

Janus颗粒由于其独特的物理化学性质，在颗粒表面活性剂、生物传感器、电子纸显示、药物递送、油水分离等领域得到了广泛的应用。在过去的十年中，已经合成了各种形状的Janus粒子，包括球体、棒和纳米片。其中，Janus纳米片在非混相液体界面上的解吸能和有限旋转要大于Janus棒或球体。因此，Janus纳米片作为固体稳定剂可以有效提高乳液和泡沫的稳定性。此外，最近的研究已经证明，两亲性Janus纳米片可以在超低浓度条件下显著提高原油采收率。

目前，已提出了多种无机Janus纳米片的制备方法，主要包括区域选择性表面改性法、乳液界面自组装溶胶-凝胶法和模板辅助溶胶-凝胶法。对于区域选择性表面改性法，二维材料的一侧被惰性模板保护，暴露的一侧被改性以制备Janus纳米片。该方法简单、直接，但主要依赖于单层二维材料的制备，收率较低。乳液界面自组装溶胶-凝胶法是目前制备Janus纳米片的最有效方法。首先利用硅烷前驱体在乳液界面上自组装溶胶-凝胶法制备得到Janus空心球，再将其粉碎得到Janus纳米片。遗憾的是，制备的Janus纳米片厚度一般超过20nm，导致纳米片过于刚性，无法沿界面曲率变形。为了制备分子尺度的Janus纳米片，设计了基于分子表面自组装和缩合过程的模板辅助溶胶-凝胶法。然而，在过去的报道中，由于分子与模板之间的特异性吸附，一种类型的模板只能产生一种Janus纳米片。例如，在碳酸钙模板与含酸酐的硅烷配合的基础上制备了含羧基的Janus纳米片。此外，模板的大量消耗和复杂的制备工艺极大地增加了Janus纳米片的生产成本。因此，迫切需要开发可拓展的、经济的替代方法，用于Janus纳米片的大规模制备和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用可重复利用交联聚合物微球模板制备Janus纳米片的方法，本发明采用模板辅助溶胶-凝胶法，利用可重复使用的交联聚合物微球模板低成本制备Janus纳米片。

具体地，本发明提供的Janus纳米片的制备方法，包括如下步骤：

1)硅烷偶联剂吸附于交联型聚丙烯酰胺微球表面形成自组装的单层，得到硅烷偶联剂包覆的微球；

所述硅烷偶联剂的分子式为：Y-Si-X₃，式中，基团Y表示含有酸酐、氨基、羧基、酰胺基或羰基的有机官能团，基团X表示碳原子数为1～6的烷氧基；

2)在碱性条件下，所述自组装单层中，所述硅烷偶联剂中的基团-Si-X₃通过溶胶-凝胶法形成硅基Janus膜，得到硅基Janus膜包覆的微球；

3)采用硅烷对所述硅基Janus膜包覆的微球进行疏水改性，经疏水改性的所述硅基Janus膜从所述交联型聚丙烯酰胺微球上剥落，即得到所述Janus纳米片。

上述的制备方法中，采用反相悬浮聚合法制备所述交联型聚丙烯酰胺微球；

所述交联型聚丙烯酰胺微球的粒径为100nm～100μm。

上述的制备方法中，步骤1)中，制备所述硅烷偶联剂包覆的微球的步骤如下：