[发明专利]富勒烯C60-杯芳烃主客体复合纳米晶材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合功能材料制备的技术领域，特别涉及富勒烯C₆₀‑杯芳烃主客体复合纳米晶材料及其制备方法。本发明以纯富勒烯C₆₀原粉和对叔丁基杯[8]芳烃为原料；以芳香烃为溶剂；以异丙醇为沉淀剂；采用液相沉积法制备主客体结构复合纳米晶。本发明提供的方法不仅工艺简单而且能够实现富勒烯‑杯芳烃主客体复合纳米晶在自组装过程中，对形状的有效调控，提高结晶度。

技术领域

本发明属于复合功能材料制备的技术领域，特别涉及不同组成和形状的富勒烯C₆₀主客体复合物纳米晶材料的制备方法。

背景技术

富勒烯是由Kroto(Nature,Vol.318,162,1985)等科学家在1985年首先研究发现的一类纯碳笼状结构材料，之后被Kratschmer等科学家(Nature,Vol.347,354，1990)改进并大量生产。在富勒烯家族中C₆₀和C₇₀是最易获得且丰度最高的两个成员，同作为半导体材料，具有诸如光物理、光导、超导电性、超硬特性等优异特性。由富勒烯分子构成的材料，尤其不同维度的纳米材料，在功能材料和纳米器件领域存在着巨大的潜在应用价值。因此富勒烯基纳米晶材料的合成，及其结构和性能的优化成为科学研究的热点和努力方向。

目前关于富勒烯纳米晶制备的报道多是关于由纯富勒烯(C₆₀/C₇₀)构成的纳米材料，或者溶剂化的富勒烯纳米晶材料。这些材料相对于原始富勒烯材料，具有新型的结构和性能，但对富勒烯晶体结构和性能的调控能力有限，无法满足实际生活和生产中的需求。

基于大空洞分子主体材料的主客体材料的制备，一直被认为是能够形成新结构、新性质功能材料的有效途径。前人的研究发现当富勒烯分子与大环有机分子(如环糊精、环丙烯、杯芳烃等)结合，能够形成具有特殊的主客体复合高分子结构，对于功能材料的设计具有指导意义。然而，对于富勒烯基的主客体纳米晶的合成和控制还鲜有报道，依然是具有挑战性的技术难题。

经调研，还未发现关于富勒烯基主客体结构纳米晶材料合成的成熟方法的报道。迄今为止发现的富勒烯基主客体材料的合成工艺分为两类：小分子富π电子化合物和大环主体自组装形式与富勒烯分子形成超分子组装。前人的研究中报道了，将诸如：二茂铁、卟啉、四硫富瓦烯等小分子π体系化合物与富勒烯材料混合配置成溶液，通过挥发混合溶液的方法获得主客体结构的主客体超分子材料；该溶液挥发方法也被用在大环分子(环糊精、杯芳烃、氮杂杯芳烃等)与富勒烯分子的主客体复合物制备中。

现有溶液挥发方法能够获得粉末级别的富勒烯基主客体材料，而无法控制复合纳米材料的结晶度，也无法控制材料的形貌，影响了其物理化学特性，从而限制了其作为微纳器件和功能材料领域的应用。相关研究积累发展了很多的主体分子，拓展了很多新奇的超分子结构。这些研究成果的发现启发了人们对富勒烯基主客体材料在生物、精细化学、军工方面的潜在应用探索。尤其，作为本世纪被广泛认可的纳米晶体材料的研发，被认为是富勒烯基材料作为微纳器件和功能材料的必要手段。现有方法中虽然还没发现有效合成富勒烯基主客体纳米晶材料的方法，却说明了富勒烯聚集体的形态在高新技术功能材料方面的应用中的重要性。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明利用液相处理方法获得了具有高结晶度及纳米尺寸的富勒烯C₆₀-杯芳烃富勒烯纳米晶。

富勒烯C₆₀-杯芳烃主客体复合纳米晶材料的制备方法，以纯富勒烯C₆₀原粉和对叔丁基杯[8]芳烃为原料；以芳香烃为溶剂；以异丙醇为沉淀剂；采用液相沉积法制备主客体结构复合纳米晶。

进一步的，所述的芳香烃为苯或甲苯。

更为具体地，上述主客体结构复合纳米晶的制备方法如下：