基于小分子的自支撑膜和杂化材料制造技术

本发明专利技术涉及一种基于芳香族材料的自支撑膜、有机晶体材料与无机碳纳米材料的杂化物、其制备工艺和用途。包括芳香族材料的纤维状有机纳米晶体的所述膜是机械稳定和热稳定的。此膜任选地通过与如碳纳米管、碳材料、多糖、纳米粘土、金属、金属合金或有机聚合物等增强材料杂化而增强。有机纳米晶体和碳纳米管(ONC/CNT)的杂化膜具有高电导率和高热稳定性。本发明专利技术的膜或杂化物在电极或钙钛矿太阳能电池中用作各种材料的微滤膜。

Self supporting membranes and hybrid materials based on small molecules

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于小分子的自支撑膜和杂化材料
本专利技术涉及一种基于芳香族材料的自支撑膜、有机晶体材料与无机碳纳米材料的杂化物、其制备工艺和用途。包括芳香族材料的纤维状有机纳米晶体的所述膜是机械稳定和热稳定的。此膜任选地通过与如碳纳米管、碳材料、多糖、纳米粘土、金属、金属合金或有机聚合物等增强材料杂化而增强。有机纳米晶体和碳纳米管(ONC/CNT)的杂化膜具有高电导率和高热稳定性。本专利技术的膜或杂化物在电极或钙钛矿太阳能电池中用作各种材料的微滤膜。
技术介绍
完全由小分子组装的宏观材料可能在制造、多样性、成本和再回收能力方面非常有利。然而，此类材料的稳定性不如聚合物材料的稳定性，在所述聚合物材料中大分子的尺寸和缠结导致强大的范德华(vanderWaals)相互作用和3D连通性。薄膜可以由大分子实体(例如，聚合物；参见《聚合物薄膜(PolymerThinFilm)》,Tsui,O.K.C.和Russel,T.P.；世界科学出版社(WorldScientificPublishing))和有机小分子(参见例如Kratzer,m.；和Teichert,C.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自支撑膜，其包括芳香族材料，其中所述芳香族材料是晶体状的；并且所述芳香族材料的分子量小于1000Da。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170613 IL 252887;20171023 IL 2552181.一种自支撑膜，其包括芳香族材料，其中所述芳香族材料是晶体状的；并且所述芳香族材料的分子量小于1000Da。


2.根据权利要求1所述的自支撑膜，其中所述芳香族材料包括纳米晶体纤维。


3.根据权利要求1到2中任一项所述的自支撑膜，其进一步包括一种或多种增强材料。


4.根据前述权利要求中任一项所述的自支撑膜，其用作用于产生多孔金属膜、多孔聚合物膜、多孔纳米粘土膜或多孔碳材料膜的模板。


5.根据前述权利要求中任一项所述的自支撑膜，其中所述芳香族材料包括苝二酰亚胺、萘二酰亚胺、酞菁、其衍生物或其任何组合。


6.根据权利要求5所述的自支撑膜，其中所述苝二酰亚胺衍生物由式IA、IB、II或III的结构表示：






其中
X是–NR3；
Y是–NR4；
R1为H、R5、(C1-C10)烷基、(C1-C10)卤代烷基、(C3-C8)环烷基、芳基或杂芳基，其中所述烷基、卤代烷基、环烷基、芳基或杂芳基任选地被取代；或R1与R7连接在一起形成经取代或未经取代的五元环或六元环，或经取代或未经取代的五元稠环或六元稠环；
R2为H、R5、(C1-C10)烷基、(C1-C10)卤代烷基、(C3-C8)环烷基、芳基或杂芳基，其中所述烷基、卤代烷基、环烷基、芳基或杂芳基任选地被取代；或R2与R8连接在一起形成经取代或未经取代的五元环或六元环，或经取代或未经取代的五元稠环或六元稠环；
R3和R4各自独立地为H、(C1-C10)烷基、(C1-C10)卤代烷基、(C3-C8)环烷基、芳基或杂芳基，其中所述烷基、卤代烷基、环烷基、芳基或杂芳基任选地被取代；
R5为OR6、OCH3、CF3、卤化物、COR6、COCl、COOCOR6、COOR6、OCOR6、OCONHR6、NHCOOR6、NHCONHR6、OCOOR6、CON(R6)2、SR6、SO2R6、SO2M、SOR6、SO3H、SO3M、SO2NH2、SO2NH(R6)、SO2N(R6)2、NH2、NH(R6)、N(R6)2、CONH2、CONH(R6)、CON(R6)2、CO(N-杂环)、NO2、OH、CN、氰酸盐、异氰酸盐、硫氰酸盐、异硫氰酸盐、甲磺酸盐、甲苯磺酸盐、三氟甲烷磺酸盐、PO(OH)2或OPO(OH)2；其中M是单价阳离子；
R6为H、(C1-C10)烷基、(C1-C10)卤代烷基、(C3-C8)环烷基、芳基或杂芳基，其中所述烷基、卤代烷基、环烷基、芳基或杂芳基任选地被取代；
R7是H或与R1连接在一起形成经取代或未经取代的五元环或六元环，或经取代或未经取代的五元稠环或六元稠环；并且
R8是H或与R2连接在一起形成经取代或未经取代的五元环或六元环，或经取代或未经取代的五元稠环或六元稠环。


7.根据权利要求6所述的自支撑膜，其中所述苝二酰亚胺衍生物由式1-3、4a、4b或5的结构表示：





8.根据前述权利要求中任一项所述的自支撑膜，其中所述膜的厚度介于100nm到500μm之间。


9.根据权利要求8所述的自支撑膜，其中所述厚度为10-30μm。


10.根据权利要求3到9中任一项所述的自支撑膜，其中所述增强材料包括碳材料、多糖、纳米粘土、金属、金属合金、有机聚合物或其任何组合。


11.根据权利要求3到10中任一项所述的自支撑膜，其中所述芳香族材料与所述增强材料的重量比介于50:50到99.9:0.1之间。


12.根据权利要求3所述的自支撑膜，其中所述膜包括芳香族材料和一种、两种或三种不同的增强材料。


13.一种微滤膜或超滤膜，其包括根据前述权利要求中任一项所述的自支撑膜。


14.根据权利要求13所述的薄膜，其中所述薄膜的过滤截止值介于1-70nm之间。


15.一种电极，其包括根据前述权利要求中任一项所述的自支撑膜。


16.根据权利要求15所述的电极，其中所述电极是阴极或阳极。


17.根据权利要求15或16所述的电极，其进一步包括黏合剂、添加剂、集电体或其任何组合。


18.根据权利要求17所述的电极，其中所述自支撑膜用作黏合剂、添加剂、集电体或其任何组合。


19.一种组合物，其包括纳米晶体芳香族材料和一种或多种增强材料，其中所述芳香族材料的分子量小于1000Da。


20.根据权利要求19所述的组合物，其中所述纳米晶体芳香族材料包括苝二酰亚胺、萘二酰亚胺、酞菁、其衍生物或其任何组合。


21.根据权利要求20所述的组合物，其中所述苝二酰亚胺衍生物由式IA、IB、II或III的结构表示：






其中
X是–NR3；
Y是–NR4；
R1为H、R5、(C1-C10)烷基、(C1-C10)卤代烷基、(C3-C8)环烷基、芳基或杂芳基，其中所述烷基、卤代烷基、环烷基、芳基或杂芳基任选地被取代；或R1与R7连接在一起形成经取代或未经取代的五元环或六元环，或经取代或未经取代的五元稠环或六元稠环；
R2为H、R5、(C1-C10)烷基、(C1-C10)卤代烷基、(C3-C8)环烷基、芳基或杂芳基，其中所述烷基、卤代烷基、环烷基、芳基或杂芳基任选地被取代；或R2与R8连接在一起形成经取代或未经取代的五元环或六元环，或经取代或未经取代的五元稠环或六元稠环；
R3和R4各自独立地为H、(C1-C10)烷基、(C1-C10)卤代烷基、(C3-C8)环烷基、芳基或杂芳基，其中所述烷基、卤代烷基、环烷基、芳基或杂芳基任选地被取代；
R5为OR6、OCH3、CF3、卤化物、COR6、COCl、COOCOR6、COOR6、OCOR6、OCONHR6、NHCOOR6、NHCONHR6、OCOOR6、CON(R6)2、SR6、SO2R6、SO2M、SOR6、SO3H、SO3M、SO2NH2、SO2NH(R6)、SO2N(R6)2、NH2、NH(R6)、N(R6)2、CONH2、CONH(R6)、CON(R6)2、CO(N-杂环)、NO2、OH、CN、氰酸盐、异氰酸盐、硫氰酸盐、异硫氰酸盐、甲磺酸盐、甲苯磺酸盐、三氟甲烷磺酸盐、PO(OH)2或OPO(OH)2；其中M是单价阳离子；
R6为H、(C1-C10)烷基、(C1-C10)卤代烷基、(C3-C8)环烷基、芳基或杂芳基，其中所述烷基、卤代烷基、环烷基、芳基或杂芳基任选地被取代；
R7是H或与R1连接在一起形成经取代或未经取代的五元环或六元环，或经取代或未经取代的五元稠环或六元稠环；并且
R8是H或与R2连接在一起形成经取代或未经取代的五元环或六元环，或经取代或未经取代的五元稠环或六元稠环。


22.根据权利要求21所述的组合物，其中所述苝二酰亚胺衍生物由式1-3、4a、4b或5的结构表示：








23.根据权利要求19到22中任一项所述的组合物，其中所述增强材料包括碳材料、多糖、纳米粘土、金属、金属合金、有机聚合物或其任何组合。


24.根据权利要求19到23中任一项所述的组合物，其中所述芳香族材料与所述增强材料的重量比为50:50到99.9:0.1。


25.根据权利要求19到24中任一项所述的组合物，其中所述组合物包括芳香族材料和一种、两种或三种不同的增强材料。


26.一种电极，其包括根据权利要求19到25中任一项所述的组合物。


27.根据权利要求26所述的电极，其中所述电极是阴极或阳极。


28.根据权利要求26或27所述的电极，其进一步包括黏合剂、添加剂、集电体或其任何组合。


29.根据权利要求28所述的电极，其中所述组合物用作黏合剂、添加剂、集电体或其任何组合。


30.一种杂化组合物，其包括碳纳米管(CNT)和有机纳米晶体(ONC)。


31.根据权利要求30所述的组合物，其进一步包括有机聚合物。


32.根据权利要求31所述的组合物，其中所述有机聚合物选自由以下组成的组：聚乙烯醇、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯及其任何组合。


33.根据权利要求32所述的组合物，其中所述有机聚合物是聚苯乙烯。


34.根据权利要求30到33中任一项所述的组合物，其中所述有机纳米晶体包括小型疏水有机化合物。


35.根据权利要求34所述的组合物，其中所述小型疏水有机化合物包括经取代或未经取代的芳香族核。


36.根据权利要求30到35中任一项所述的杂化组合物，其中所述碳纳米管是单壁碳纳米管(SWCNT)或多壁碳纳米管(MWCNT)。


37.根据权利要求30到36中任一项所述的杂化组合物，其中所述芳香族核是由式IA、IB、II或III的结构表示的苝二酰亚胺(PDI)衍生物：






其中
X是–NR3；
Y是–NR4；
R1为H、R5、(C1-C10)烷基、(C1-C10)卤代烷基、(C3-C8)环烷基、芳基或杂芳基，其中所述烷基、卤代烷基、环烷基、芳基或杂芳基任选地被取代；或R1与R7连接在一起形成经取代或未经取代的五元环或六元环，或经取代或未经取代的五元稠环或六元稠环；
R2为H、R5、(C1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·里布特钦斯基，H·韦斯曼，T·沃尔夫，A·埃尔坎，S·杜塔，R·巴斯卡·康德西拉姆，
申请(专利权)人：耶达研究及发展有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL