[发明专利]一种纳米聚合物环、纳米炭环及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米聚合物环、纳米炭环及其制备方法。以长链脂肪醇为相变材料，表面活性剂、酚、醛和有机胺为原料，水为溶剂，经过相转化诱导分子定向自组装、聚合得到纳米聚合物环，经炭化后得到纳米炭环。纳米聚合物环的直径为120‑1100nm，截面圆直径为30‑300nm。纳米炭环直径为100‑1000nm，截面圆直径为20‑280nm。本发明是一种基于相转化诱导分子定向自组装制备纳米聚合物环和炭环的方法。通过改变长链脂肪醇相变材料与酚的比例，可改变聚合物环和炭环的截面圆直径，实现环状结构的可调控，这是其他方法很难达到的。

技术领域

本发明涉及纳米聚合物环、纳米炭环的可控制备，更具体地说是涉及一种基于相转化诱导的定向自组装形成的纳米聚合物环、纳米炭环及其制备方法。

背景技术

多孔纳米炭材料通常具有丰富的孔道、高比表面积、高导电和导热性、良好的结构稳定性等物理化学性质，因此广泛应用于催化、储能、吸附、分离等领域。炭材料的形貌和结构特征能够显著影响其性质，例如，碳纤维的电化学特性主要与其高的长径比和小的径向尺寸密切相关。而相对稀有的环状结构的纳米炭材料，因其特殊的形貌与结构特征，具有独特的物理化学性质，如在低温下与温度呈负相关的磁阻，独特的机电效应，曲率相关的磁响应，因此在生物传感器、电磁器件、能源存储等领域具有重要的应用价值。除此之外，环状结构也可以作为构筑单元用于复杂超结构的组装。尽管环状纳米炭材料展现出巨大的应用潜能和市场前景，但如何在溶液中精确地利用分子自组装合成环状炭材料仍未见报道。

两亲性嵌段共聚物在溶液中具有丰富的自组装行为，常用来合成球状、圆柱状、囊泡状或其他复杂的纳米结构。利用嵌段共聚物自组装形成的柱形胶束作为次级单元，诱导其尾端相互连接形成环状结构是现有的制备环状胶束的主要思路。这种方法通过对柱形胶束进行处理，诱导其疏水性内核相互吸引或者嵌段共聚物的离子络合，提供成环所需要的驱动力，最终促使形成环状的纳米结构。

但是现有的棒状胶束自组装形成聚合物环的方法存在着很大的局限性，由于存在棒状前驱体诱导形成聚合物环的步骤，因此产物常与前驱体共存，均匀性不高且尺寸分布较宽，因此很难得到尺寸均一的环状结构；而且，现有报道的聚合物环状胶束在热解过程中没有残炭量，不能转化为环状多孔炭材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于相转化诱导的定向自组装形成的纳米聚合物环、炭环及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种基于相转化诱导的定向自组装纳米聚合物环、纳米炭环，以长链脂肪醇为相变材料，表面活性剂、酚、醛和有机胺为原料，水为溶剂，经过相转化诱导分子定向自组装、聚合得到纳米聚合物环，经炭化后得到纳米炭环。纳米聚合物环的直径为120-1100nm，截面圆直径为30-300nm。纳米炭环直径为100-1000nm，截面圆直径为20-280nm。。

一种基于相转化诱导的定向自组装纳米聚合物环、纳米炭环的制备方法，以长链脂肪醇为相变材料，表面活性剂、酚、醛和有机胺为原料，水为溶剂，经过低温聚合，制备出形貌规整、截面圆直径可调的聚合物环，再进一步炭化热解，得到纳米炭环，步骤如下：

①将长链脂肪醇相变材料加入表面活性剂的水溶液中，高温下剧烈搅拌，得到半透明的白色溶液，其中长链脂肪醇相变材料与表面活性剂的质量比为1:10-1:2；

②将得到的半透明白色乳液在低温静置，得到白色胶体溶液；

③将水、醛、白色胶体溶液和有机胺按比例依次加入酚的水溶液中，水浴搅拌4-24h，产物经过滤，洗涤，干燥得到胶体聚合物片；其中酚、醛、有机胺和表面活性剂的摩尔比为1:1-3:0.1-1:0.001-0.04，酚与水的质量比为1:200-1:3000；