[发明专利]一种氨基富勒烯、制备方法以及利用其制备改性碳化钛纳米片的方法

说明书

一种氨基富勒烯、制备方法以及利用其制备改性碳化钛纳米片的方法，涉及功能有机分子设计与合成、纳米改性添加剂的制备技术领域。碳铝钛在氟化锂和盐酸的作用下，经过刻蚀反应生成碳化钛沉淀，然后再加入去离子水，经过超声离心得到碳化钛纳米片悬浮液；在富勒烯球体上引入伯胺活性基，然后调节pH至弱酸性，使氨基富勒烯生成铵盐；氨基富勒烯铵盐通过静电引力与碳化钛作用，生成氨基富勒烯改性碳化钛纳米片。该氨基富勒烯改性碳化钛纳米片利用带正电荷的富勒烯铵盐与碳化钛通过静电引力作用，使富勒烯铵盐可以有效地吸附在碳化钛表面，阻止其团聚。可应用于光催化有机反应、润滑油添加剂、金属加工液添加剂及阻燃材料添加剂等领域。

技术领域

本发明涉及功能有机分子设计与合成、纳米改性添加剂的制备技术领域，具体是涉及一种氨基富勒烯、制备方法以及利用其制备改性碳化钛纳米片的方法。

背景技术

富勒烯由于其特殊的笼状结构，可以捕捉大量的自由基，被称为自由基海绵，因此其衍生物有望成为一种新的阻燃剂和热稳定剂，同时又因为其具有良好的硬度，使其作为添加剂改善复合材料的的力学性能成为可能。岳风树等用羧基化富勒烯修饰超薄二氧化钛纳米片制备复合材料能极大提升材料的光催化性能[岳风树,岳树伟,李士成等.羧基化富勒烯修饰超薄二氧化钛纳米复合材料的高效光催化性能.广东化工,2018,45(18):56-58-70]。王婷等人首次在水相中合成AZO-C₆₀复合材料，通过表征发现其具有良好的光响应性、热稳定性和优异的循环稳定性[王婷,黄金,陈志锋等.光响应性偶氮苯-富勒烯纳米复合材料的水相合成及性能研究[J].功能材料。2019，50(02)：2115-2128]。浙江大学的方征平课题组合成C₆₀-d-PDBPP并将其与PP混合形成PP/C₆₀-d-PDBPP复合材料其热稳定性较纯PP明显上升。其课题组又将合成出的C₆₀-d-CNT与PP混合形成的PP/C₆₀-d-CNT复合材料的热稳定性上升[马海云，宋平安，方征平.纳米阻燃高分子材料：现状、问题及展望.科学中国,2011,2(41),314-327]。周旭晨等人通过溶液分散的方法将C₆₀均匀分散到PPS中制备了PPS/C₆₀复合材料和复合纤维，当C₆₀含量不超过40％时能有效提高复合材料和复合纤维的力学性能[周旭晨,张马亮,程博闻等.聚苯硫醚/富勒烯复合纤维的制备及性能研究[J].合成纤维工业,2015,38(05):5-8]。奉林飞龙制备了C₆₀/NR/橡胶纳米复合材料比NR/橡胶纳米复合材料在定伸、抗老化性和热稳定性等方面都有一定提升[奉林飞龙.石墨烯和富勒烯/橡胶纳米复合材料的制备与性能研究[D].北京化工大学,2016]。

碳化钛(Ti₃C₂)是一种新型二维过渡金属碳化物，由美国Barsoum等人在2011年首先利用氢氟酸从三元层状碳化物Ti₃AlC₂中剥离出Al原子层而得到[M.Naguib,M.Kurtoglu.V.Presser,J.Lu,JJ Niu,M.Heon,L Hultman,Y.Gogotsi,M.W.Barsoum,Two-dimensional nanocrystals produced by exfoliation of Ti₃AlC₂,Adv,Mater,23(2011)42484253]。这种二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料又被成为Mxene材料。由于碳化钛具有优异的结构稳定性和良好的导电性能，碳化钛已广泛应用于超级电容器、催化、水处理、复合材料和锂离子电池等领域。但是目前化学方法制备的碳化钛由于其表面能较大，容易产生团聚现象，影响其使用。所以需要选择合适的化合物对其进行改性。

本申请拟提出一种含有氨基的富勒烯化合物，通过制备成铵盐，与碳化钛表面通过静电引力作用，吸附在碳化钛表面上，形成氨基富勒烯改性的碳化钛纳米片。

发明内容