一种利用一步法制备苝酰亚胺纳米纤维的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用一步法制备苝酰亚胺纳米纤维的方法，包括：将一定质量的PTCDA(苝四甲酸二酐)加入一定浓度的氨溶液中，控制反应温度和时间，得到苝酰亚胺纳米纤维溶液，对苝酰亚胺纳米纤维进行洗涤和干燥处理，得到苝酰亚胺纳米纤维的固体粉末。本发明专利技术的优点是采用一步法制备，通过分子自组装而得，反应条件温和环保，所用原料便宜易得，无需添加催化剂，方法新颖独特；制备得到的苝酰亚胺纳米纤维在水和有机溶剂中均有较好的分散性，可广泛用于催化反应，太阳能电池，纳米传感器，新型纳米复合材料的制备，新型电化学电极的制备以及新型光学及导电材料等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种利用一步法制备苝酰亚胺纳米纤维的方法
本专利技术涉及一种苝酰亚胺纳米纤维的制备方法，尤其涉及一种利用一步法制备苝酰亚胺纳米纤维的方法。
技术介绍
上世纪末，随着碳纳米管的发现，一维纳米材料有着越来越广泛的应用。从碳纳米管，到一维纳米纤维、纳米带和金属纳米线等，一维纳米材料不断被报道。在一维纳米材料的制备中，自组装的方法也有着越来越重要的作用。自组装是指基本结构单元自发形成得到有序结构的一种行为。诸如苝酰亚胺和亚芳乙炔环类等，都是因为自组装而形成一维纳米和结构。因为较高的长径比，较大的比表面积等因素，一维纳米材料在催化、氧还原等方面有着越来越重要的应用。由于苝酰亚胺是一种优良的半导体材料，其纳米纤维结构是由于氢键和分子间π-π堆叠产生，由于苝酰亚胺纳米纤维特殊的结构，苝酰亚胺纳米纤维在电极材料，催化反应等方面有着潜在的应用，并且其在负载贵金属催化与场效应晶体管方面有着天然的优势。另外，苝酰亚胺是一类重要的合成颜料的中间体，分子式中具有五个苯环，具有很强的π-π共轭作用，是优良的自组装材料。纳米纤维的合成增大了纳米纤维固体在水溶液中的溶解性，这样就克服了苝酰亚胺溶解性方面的天然的缺陷，苝系颜料具有优异的耐晒、耐热、耐溶剂性能，广泛用于塑料及合成纤维原液着色。当前，制备苝酰亚胺纳米纤维需要对苝酰亚胺进行改性，在其湾位或仲胺基位置修饰苯基或长链烷基(L.Zang,Y.CheandJ.S.Moore,AccountsofChemicalResearch,[J]2008,41,1596-1608.)，制备步骤比较繁琐、用料复杂、成本高、时间长。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种简单快捷、利用一步法制备苝酰亚胺纳米纤维的方法。技术方案：本专利技术所述苝酰亚胺纳米纤维的制备方法包括以下步骤：(1)配制质量浓度为0.01～25％的氨溶液；进一步说，该氨溶液的溶剂可以为水、甲醇、乙醇、乙醚、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种，优选为水或甲醇。(2)取PTCDA，加入到步骤(1)配制的氨溶液中，使PTCDA与氨溶液中氨的质量比为1：0.001～50，混合均匀，再将上述溶液在0～300℃下反应0.1～72h，得到苝酰亚胺纳米纤维溶液；进一步说，该0～300℃条件下的反应包括冰水浴反应、常温反应、加热回流、水热反应或溶剂热反应，优选的，水热反应的加热温度为100～300℃，溶剂热反应的加热温度为该溶剂沸点至300℃。(3)将步骤(2)得到的苝酰亚胺纳米纤维溶液经过浓缩、过滤、洗涤、干燥，得到苝酰亚胺纳米纤维固体；进一步说，该干燥包括0-25℃的常温干燥、30-60℃的中温干燥、真空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：本专利技术将一定质量的PTCDA加入到一定浓度的氨溶液中，仅采用一步法制备得到苝酰亚胺纳米纤维；该方法是苝酰亚胺在溶液中通过分子自组装而得，反应条件温和环保，所用原料便宜易得，无需添加催化剂，制备方法新颖独特；制得的苝酰亚胺纳米纤维在水和有机溶剂中均有较好的分散性，可广泛用于催化反应，太阳能电池，纳米传感器，新型纳米复合材料的制备，新型电化学电极的制备以及新型光学及导电材料等领域。附图说明图1为利用本专利技术方法制得苝酰亚胺纳米纤维的红外图谱；图2为苝酰亚胺纳米纤维分散在水中的实物照片；图3a、3b分别为苝酰亚胺纳米纤维的TEM图；图3c、3d分别为苝酰亚胺负载银后的TEM图；图4为苝酰亚胺纳米纤维的固体紫外图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。本专利技术采用将PTCDA加入到氨溶液的一步法制备苝酰亚胺纳米纤维，使PTCDA与氨溶液中的氨的质量比为1：0.001～50，混合均匀，再将上述溶液在0～300℃下反应0.1～72h，得到苝酰亚胺纳米纤维溶液；将制得的苝酰亚胺纳米纤维溶液，经过浓缩、过滤、洗涤、干燥，得到苝酰亚胺纳米纤维固体。反应过程主要是苝酰亚胺分散到氨水中之后，氨水与酸酐键反应，生成酰胺与酸铵。中间产物可以溶于水中，在加热的过程中，酰胺与相邻的酸铵反应，生成酰亚胺键。由于苝酰亚胺在水中溶解性较差，所以苝酰亚胺在溶液中自组装成纤维状的物质。上述反应过程中，PTCDA与氨溶液中氨的质量比为1：0.001～50，其中，PTCDA过少则生成的纳米纤维较少；PTCDA量过多，反应结束后则有大量非纤维固体物质需要除去，造成原料浪费。PTCDA与氨溶液的反应温度为0～300℃，温度在0℃时即可完成反应，但是反应速率较慢，反应速率随着反应温度的上升而增大，并且高温条件下，得到的纤维形貌相对平滑，但反应温度高于300℃在实验室不易实现。0～300℃的反应条件包括常温反应、冰水浴反应、加热回流、水热反应(优选为100～300℃)、溶剂热反应(优选为沸点至300℃)等。苝酰亚胺纳米纤维能够均匀分散到水和甲醇等有机溶剂中，分散液浓度最大可以到2g/L；当然，苝酰亚胺纳米纤维也能够溶解在乙醇、乙醚、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中，但分散效果略微差一些；实验表明，当水与乙醇、乙醚、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺以一定比例混合后，可以提高苝酰亚胺纳米纤维的分散性能。实施例1配制质量浓度为25％的氨水溶液；取20mgPTCDA加入到配制的氨水溶液中，使PTCDA与氨水溶液中氨的质量比为1：50，混合均匀；令混合溶液在140℃下加热回流反应12h，得到苝酰亚胺纳米纤维溶液；将溶液浓缩，过滤，洗涤，冷冻干燥，得到苝酰亚胺纳米纤维固体。实施例1的实验结果表示：如图1所示，实验结果与苝酰亚胺标准谱图非常接近，图中3400cm-1处有明显的芳香族仲胺峰，1700cm-1处有较强的羰基峰，1600cm-1左右的峰为N-H的弯曲振动吸收峰；将苝酰亚胺纳米纤维溶于水中，待其分散均匀。实物照片如图2所示，制备的苝酰亚胺纳米纤维溶液在水中分散均一，无明显颗粒感。取溶液，进行透射电镜观察，所得形貌如图3a、3b所示，由TEM可以看到，溶液中的纳米纤维形状均一，长度为几到几十微米，宽度50纳米左右。将纳米纤维与银复合，TEM如图3c、3d所示，由该图中可以发现，银纳米颗粒可以较好地分散到纳米纤维上，并且纳米纤维外残留的纳米银很少，说明纳米粒子对纳米纤维有很好的吸附作用。另外，从图4固体紫外图中可以发现，苝酰亚胺纳米纤维具有很好的半导体性能。实施例2设计10组平行实验，配制氨水溶液的质量浓度分别为0.005％、0.01％、0.05％、0.5％、1％、5％、10％、20％、25％，其余制备方法与实施例1相同。表1不同的氨水溶液浓度制得苝酰亚胺纳米纤维固体性能对照表由表1可知，当氨水的浓度为0.01～25％时，所制得的苝酰亚胺纳米纤维的形貌和分散性能良好，并且氨水浓度越高，所得纳米纤维形貌和分散性能越好，氨水浓度越低，所得纳米纤维形貌和分散性能略差。实施例3设计8组平行实验，PTCDA与氨的质量比分别为：(1:0.001)、(1:0.005)、(1:0.01)、(1:0.1)、(1:1)、(1:10)、(1:20)、(1:50)，其余制备方法与实施例1相同。表2不同PTCDA与氨的质量比制得苝酰亚胺纳米纤维固体性能对照表由表2可知，PTCDA与氨的质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用一步法制备苝酰亚胺纳米纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)配制质量浓度为0.01～25％的氨溶液；(2)取PTCDA加入所述氨溶液中，使PTCDA与氨溶液中氨的质量比为1：0.001～50，混合均匀，再将混合后的溶液在0～300℃下反应0.1～72h，得到苝酰亚胺纳米纤维溶液；(3)将所述苝酰亚胺纳米纤维溶液经过浓缩、过滤、洗涤、干燥，得到苝酰亚胺纳米纤维固体。

【技术特征摘要】
1.一种利用一步法制备苝酰亚胺纳米纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)配制质量浓度为0.01～25％的氨溶液；(2)取PTCDA加入所述氨溶液中，使PTCDA与氨溶液中氨的质量比为1：0.001～0.5，混合均匀，再将混合后的溶液在0～300℃下反应0.1～72h，得到苝酰亚胺纳米纤维溶液；(3)将所述苝酰亚胺纳米纤维溶液经过浓缩、过滤、洗涤、干燥，得到苝酰亚胺纳米纤维固体。2.根据权利要求1所述利用一步法制备苝酰亚胺纳米纤维的方法，其特征在于：步骤(1)中，配制所述氨溶液使用的溶剂为水、甲醇、乙醇、水和乙醚、水和N,N-二甲基甲酰胺、水和N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：袭锴，胡栋华，陈鹏鹏，刘彦峰，孟震，贾叙东，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32