[发明专利]一种层厚可控的卟啉-金属配合物功能化碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种层厚可控的卟啉‑金属配合物功能化碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。采用的技术方案为：将无水SnCl₂和5,10,15,20‑四(4‑羧基苯基)卟啉溶于无水乙醇与N,N‑二甲基甲酰胺的混合溶剂中，然后加入碳纳米管，超声得到混合均匀的分散液。将分散液在高压反应釜中进行溶剂热反应，反应结束后自然冷却至室温，离心分离得到固态产物即为卟啉‑金属配合物功能化碳纳米管复合材料。本发明提供的层厚可控的卟啉‑金属配合物功能化碳纳米管复合材料，具有较高的稳定性，比表面积大，导电性较好且表面富含羧基基团、单分散的金属结点以及离域的大环共轭结构，可用于光电转换、光催化、电催化、吸附以及分离等领域。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种层厚可控的卟啉- 金属配合物功能化碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

自从发现碳纳米管以来，人们对其进行了广泛的研究。由于碳纳米管具有独特的电学、机械、催化、吸附等性能，使其在催化、能量存储、药物递送、生物成像、吸附分离等方面具有广泛的应用。然而，低的溶解性和溶剂中的难分散性限制了其应用。对碳纳米管的无机或/和有机功能化可以解决上述问题，同时可以引入独特的化学、电学、磁学以及光学等性能。因此，发展强有力的功能化碳纳米管的方法吸引了广大科学家的关注。

卟啉是一类刚性大环共轭结构的化合物，易金属化和环上修饰，具有较强的光电性能、吸附性能、催化性能、结构稳定性和丰富的基团位点，因此在自然界生化系统中起着重要的作用。例如，光合作用的光反应中心，生物分子的氧化还原催化，维他命B12和氧气转运中心等。因此，卟啉功能化的碳纳米管不仅可以解决碳纳米管的低溶解性、溶剂难分散性，而且可以整合卟啉的独特性能到碳纳米管，得到理想的纳米复合材料。

在之前的报道中，卟啉与碳纳米管的结合以及碳纳米管外卟啉之间的连接主要是通过化学反应共价连接的。在这种共价连接的方式中，在反应之前卟啉和/或碳纳米管需要进行繁琐的修饰得到合适的反应基团，此外，由于修饰程度和不均匀性的限制，得到的复合材料活性位点分布不均匀，修饰程度不可控，导致后续应用中性能受到影响。因此，发展一种简便的层厚可控的卟啉功能化的碳纳米管复合材料的方法显得尤为重要。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种层厚可控的卟啉-金属配合物功能化碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，该制备方法简单，产物层厚可控，经该方法制得的碳纳米管复合材料稳定性强、比表面积、导电性能好，能够应用于光电转换、光催化、电催化、吸附以及分离等领域。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种层厚可控的卟啉-金属配合物功能化碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将无水SnCl₂和5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉溶于无水乙醇与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，得到混合溶液；

2)将碳纳米管加入步骤1)制得的混合溶液中，超声处理，得到均匀的分散液；

3)对分散液进行溶剂热反应，反应温度为80～150℃，反应时间为20～48h，反应结束后自然冷却至室温，离心分离，得到固态产物；

4)将固态产物洗涤、干燥，制得层厚可控的卟啉-金属配合物功能化碳纳米管复合材料。

优选地，步骤1)中，混合溶液中无水SnCl₂的浓度为1.67～4.17 mmol·L^-1，5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉的浓度为0.83～8.33 mmol·L^-1。

优选地，步骤1)中，无水乙醇与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，无水乙醇与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为(2～4):1。