[发明专利]螺二芴共轭微孔聚合物/碳纳米管杂化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种螺二芴共轭微孔聚合物/碳纳米管杂化材料及其制备方法，所述杂化材料通过布赫瓦尔德‑哈特维希偶联反应在碳纳米管的表面原位生长螺二芴共轭微孔有机聚合物。并探索不同含量的多壁碳纳米管对所得聚合物性能的差异。该方法操作简便，所得杂化材料应用范围广，可在储能材料载体以及超级电容器等方面存在良好的应用前景。

技术领域

本发明属于多孔有机聚合物杂化材料及其制备领域，特别涉及一种螺二芴共轭微孔聚合物/碳纳米管杂化材料及其制备方法。

背景技术

随着传统化石燃料的逐渐枯竭，可再生能源以及能源储存的开发迫在眉睫。近年来作为储能器件的新星—超级电容器，由于其功率大、充电速度快、循环寿命长而引起了广泛关注。其存储的能量主要是基于电极材料对电解液中离子的吸附及快速可逆的氧化还原反应，故电极材料是影响其性能的原因之一。因此，制备富含微孔极高比表面积的电极材料显得非常重要。

共轭微孔聚合物因其自身富含微孔且表面积高、稳定性好、孔道结构可调控可修饰等特点，已在超级电容器方面有良好的应用。但这种聚合物亦存在导电率差、循稳寿命较差等局限性。有研究表明，将一维或二维具有特定形貌的碳材料与导电聚合物复合，有利于提高导电率，以及循环稳定性。因此制备多维共轭微孔复合材料是需研究的方向之一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题之一是提供一种共轭微孔聚合物杂化材料的制备方法。所述材料为螺二芴共轭微孔聚合物/碳纳米管杂化材料，采用简单的Buchwald-Hartwig偶联反应，使得溴代芳烃与芳香胺在钯催化剂的作用下发生交叉偶联反应，使得螺二芴共轭微孔聚合物负载在碳纳米管表面。本发明所开发的碳纳米管含量对杂化材料的电化学性能具有明显差异性。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案之一；

本发明的一种螺二芴共轭微孔聚合物，其特征在于，所述聚合物的结构式如下：

本发明的一种螺二芴共轭微孔聚合物的制备方法，其特征在于，将螺二芴类和胺类单体通过布赫瓦尔德-哈特维希偶联反应制备。

本发明的一种螺二芴共轭微孔聚合物/碳纳米管杂化材料，所述杂化材料为螺二芴共轭微孔聚合物颗粒顺着碳纳米管的形状生长在其表面，且碳纳米管也贯穿在聚合物内部。

所述碳纳米管为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、氨基修饰的多壁碳纳米管、氨基修饰的单壁碳纳米管中的一种或几种；碳纳米管加入量为螺二芴共轭微孔聚合物理论产量的0.5％-10％。

本发明的一种螺二芴共轭微孔聚合物/碳纳米管杂化材料的制备方法，包括：

将螺二芴类和胺类两种单体通过布赫瓦尔德-哈特维希偶联反应在碳纳米管的表面原位生长螺二芴共轭微孔有机聚合物。

所述螺二芴类单体为2,2’-7,7’-四溴-9,9’-螺二芴；胺类单体为对苯二胺。

所述螺二芴类单体、胺类单体的摩尔比为1:2。

所述偶联反应中所用钯催化剂为双(二亚苄基丙酮)钯；所用配体为2-二环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯；碱剂为叔丁醇钠；溶剂为甲苯。

所述偶联反应中双(二亚苄基丙酮)钯Pa(dba)₂、2-二环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯XPhos、叔丁醇钠的摩尔量分别按照理论溴化氢摩尔量的2％，3％，133％计算。

所述碳纳米管为多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、氨基修饰的多壁碳纳米管、氨基修饰的单壁碳纳米管中的一种或几种。

所述碳纳米管含量为0.5％-10％(按所得螺二芴共轭微孔聚合物理论产量计算)