[发明专利]一种基于席夫碱聚合物的多孔碳薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于席夫碱聚合物的多孔碳薄膜的制备方法，利用多氨基化合物和二醛基化合物先生成席夫碱低聚物溶液，然后与纺丝基质溶液一起静电纺丝得到席夫碱聚合物薄膜，最后热处理得到基于席夫碱聚合物的多孔碳薄膜。该方法可以方便地获得席夫碱多孔聚合物，高温热解后可以得到氮掺杂多孔碳薄膜，其既具有丰富的孔道结构和超高氮杂原子含量，又具有良好的导电性，能够应用于柔性电子器件，而且容易进行大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料的制备，具体涉及一种基于席夫碱聚合物的多孔碳薄膜的制备方法。

背景技术

多孔有机聚合物在气体分离与存储、光/电催化、水中污染物的去除等领域具有广泛的应用。席夫碱多孔聚合物，作为一种典型的多孔有机聚合物，近年来在电化学能源存储与转化领域，如电催化氧气还原反应、锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、超级电容器、不对称电容器等，都得到了较好的应用。这类聚合物具有丰富的孔道结构和超高的氮杂原子含量，经过高温热处理后，这些结构仍能被较好地保持，并且导电性能得到提升，所以具有较为理想的电化学性能。然而，目前席夫碱多孔聚合物的制备仍局限于液相反应，尽管该方法产量和产率均较高，但由于产物为固态粉体，很容易从反应溶剂中沉淀析出，难以实现薄膜化的制备，因此限制了其在柔性电极、可穿戴设备等方面的应用。近年来，从实验室规模角度，人们发现利用界面聚合的方式，能够实现原子级厚度的席夫碱多孔聚合物的制备，但是这种方式得到的聚合物薄膜，仅限于基础研究，过低的产量和产率阻碍了其工业化规模的生产。因此，如何大规模制备席夫碱多孔聚合物薄膜是目前需要解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于席夫碱聚合物的多孔碳薄膜的制备方法，该方法可以方便地获得席夫碱多孔聚合物，高温热解后可以得到氮掺杂多孔碳薄膜，其既具有丰富的孔道结构和超高氮杂原子含量，又具有良好的导电性，能够应用于柔性电子器件，而且容易进行大规模工业化生产。

为了解决上述问题，本发明采取如下技术方案：

一种基于席夫碱聚合物的多孔碳薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(a)每1mL第一溶剂溶解8～10mmol多氨基化合物和6～10mmol二醛基化合物，在75～85℃下反应18～24h，得到席夫碱低聚物溶液；

(b)按每1mL第二溶剂溶解0.1～0.15g纺丝基质的比例配置纺丝基质溶液，然后将所述席夫碱低聚物溶液加入到所述纺丝基质溶液中得到纺丝溶液并进行静电纺丝，得到席夫碱聚合物薄膜，所述席夫碱低聚物溶液与纺丝基质溶液的体积比为1～1.2：1；

(c)将所述席夫碱聚合物薄膜在惰性气氛中180～220℃加热聚合，然后在700～900℃下热解，得到基于席夫碱聚合物的多孔碳薄膜。

优选的，所述第一溶剂为二甲亚砜，甲醇，无水乙醇或甲苯，所述多氨基化合物为三聚氰胺、对苯二胺、邻苯二胺、间苯二胺之一，所述二醛基化合物为对苯二甲醛、邻苯二甲醛、间苯二甲醛之一。

优选的，所述第二溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，所述纺丝基质为聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮之一。

优选的，进行所述静电纺丝时，静电纺丝设备的高压电源正极与注射器喷丝头相连接，负极接在接收装置上，正负极电压控制为15～20kV，喷丝头尖端与接收装置的距离为10～15厘米，用无纺布接受纺丝所形成的薄膜。