本发明专利技术公开了一种二维Janus纳米材料及其制备方法。本发明专利技术二维Janus纳米材料通过交联在二维结构模型上自组装嵌段共聚物制备得到。它的制备方法，包括如下步骤：1)在二氧化硅球表面生长金属颗粒，然后用烷基硅烷改性上述二氧化硅球；然后除掉上述改性后的二氧化硅球上的金属颗粒并负载咪唑基团，得到模板A；2)将嵌段共聚物和所述模板A混合，在极性有机溶剂中进行自组装，然后加入交联剂进行交联反应，即得到所述二维Janus纳米材料。本发明专利技术二维Janus纳米材料的化学组成可调，厚度可调，外径可调；其制备方法具有简便、成本低、微结构调节方便等优点。本发明专利技术能够实现快速、批量化制备组成和结构精确调控的具有多重潜在功能性的Janus材料。
【技术实现步骤摘要】
一种二维Janus纳米材料及其制备方法
本专利技术涉及一种二维Janus纳米材料及其制备方法，属于高分子领域。
技术介绍
Janus原意是古罗马神话的双面神。1991年，deGennes首次在高分子领域提出Janus的概念，用以描述那些由两种化学和物理性质不同的材料组成的颗粒(deGennes,P.G.SoftMatter.Science.1992,256(5056),495-497)。具有多功能性特点的Janus材料是新材料，在诸多领域具有重要的应用前景。现有制备二维Janus纳米材料的方法仍然存在诸多问题。制备二维片状材料常用的粉碎法(Walther,A.；Andre,X.；Drechsler,M.；Abetz,V.；Mueller,A.H.E.JanusDiscs."JanusDiscs",J.Am.Chem.Soc.2007,129,6187-6198.)虽能实现Janus结构，但形状、大小难以控制。自组装法(Deng,R.H.；Liang,F.X.；Zhou,P.；ZhangC.L.；Qu,X.Z.Wang,Q.；Li,J.L.；Zhu,J.T.andYang,Z.Z.JanusNanodiscofDiblockCopolymers.Adv.Mater.2014,26,4469-4472.)虽然得到圆形Janus纳米片，但尺寸不均一。制备二维环状材料常用的印刷法(McLellan,J.M.；Geissler,M.；Xia,Y.N."EdgeSpreadingLithographyanditsApplicationtotheFabricationofMesoscopicGoldandSilverRings",J.Am.Chem.Soc.2004,126,10830-10831.)成本高。刻蚀法(Xu,H.；Goedel,W.A."MesoscopicRingsbyControlledWettingofParticleImprintedTemplates",Angew.Chem.,Int.Ed.2003,42,4696-4700.)无法制备纳米级别的环。而且这些方法都未制备出具有Janus结构的纳米环，也无法制备片状材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种二维Janus纳米材料及其制备方法，本专利技术二维Janus纳米材料的化学组成可调，厚度可调，外径可调；其制备方法具有简便、成本低、微结构调节方便。本专利技术提供的一种二维Janus纳米材料，该二维Janus纳米材料通过交联在二维结构模型上自组装嵌段共聚物制备得到。上述的二维Janus纳米材料中，所述二维结构模型呈圆盘状或圆环状；所述二维Janus纳米材料的粒径可为10～50nm，优选20～30nm。上述的二维Janus纳米材料中，所述嵌段共聚物包括聚丙烯酸-聚苯乙烯嵌段共聚物或聚苯乙烯磺酸钠-聚苯乙烯嵌段共聚物；所述聚丙烯酸-聚苯乙烯嵌段共聚物的嵌段比可为1:0.2～12，具体可为1:12、9:2.3、9.8:2.3、1:1或1:0.23～12；所述聚苯乙烯磺酸钠-聚苯乙烯嵌段共聚物的嵌段比可为1:0.2～12，具体可为9:2、1:12。本专利技术还提供了上述的二维Janus纳米材料的制备方法，包括如下步骤：1)在二氧化硅球表面生长金属颗粒，然后用烷基硅烷改性上述二氧化硅球；然后除掉上述改性后的二氧化硅球上的金属颗粒并负载咪唑基团，得到模板A；2)将嵌段共聚物和所述模板A混合，在极性有机溶剂中进行自组装，然后加入交联剂进行交联反应，即得到所述二维Janus纳米材料。上述的制备方法中，步骤2)中还包括在所述交联反应之后将所述模板A分级离心去除的步骤。具体条件可为加热反应至65℃，搅拌反应120min后分级离心。上述的制备方法中，所述交联反应采用所述极性有机溶剂进行，得到圆盘状的所述二维Janus纳米材料；所述交联反应采用非极性有机溶剂进行，得到圆环状的所述二维Janus纳米材料。上述的制备方法中，所述金属颗粒包括金颗粒、银颗粒、镍颗粒、铁颗粒以及它们的氧化物颗粒中的至少一种，具体上述氧化物颗粒如硝酸银、硝酸镍、Fe3O4、FeOOH的颗粒；所述二氧化硅球与所述金属颗粒的质量比可为1:0.3～1.5，具体可为1:0.9；所述烷基硅烷为正辛基三甲氧基硅烷、十八基三甲氧基硅烷、十八基三乙氧基硅烷和正辛基三甲氧基硅烷中的至少一种，所述烷基硅烷为所述二氧化硅球表面生长金属颗粒后总质量的1～50％；去除所述金属颗粒采用盐酸和/或硝酸；所述改性后的二氧化硅球上负载所述咪唑基团的负载量可为1～3％。本专利技术中，所述烷基硅烷改性二氧化硅球采用的是本领域技术人员公知的方法。上述的制备方法中，所述模板A与所述嵌段共聚物的质量的比可为1：0.01～0.1，具体可为1:0.05、1：0.01～0.05、1：0.05～0.1或1：0.02～0.08；所述聚丙烯酸-聚苯乙烯嵌段共聚物的嵌段比可为1:0.2～12，具体可为1:12、9:2.3、9.8:2.3、1:1或1:0.2～12；所述聚苯乙烯磺酸钠-聚苯乙烯嵌段共聚物的嵌段比可为1:0.2～12，具体可为9:2、1:12。上述的制备方法中，所述极性有机溶剂选自四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种；所述非极性有机溶剂选自正己烷、正庚烷、正辛烷和正癸烷中的至少一种；所述交联剂为1,6-己二异氰酸酯、1,8-辛二异氰酸酯和1,10-癸二异氰酸酯中的至少一种。上述的制备方法中，所述模板A、所述嵌段共聚物与所述交联剂的质量比为1：0.01～0.1：0.001～0.1，具体可为1:0.05：0.005、1：0.05～0.1：0.005～0.1、1：0.01～0.05：0.001～0.005或1：0.02～0.08：0.002～0.075；以质量百分比计，所述交联反应的反应体系中所述嵌段共聚物、所述模板A与交联剂的总固含量可为0.1～10％，优选1～5％；所述自组装的条件如下：温度可为0℃～50℃，优选20℃～40℃，具体可为常温；时间可为30～300min，具体可为120min、240min、60～120min或120～240min；所述交联反应的条件如下：温度可为0℃～50℃，优选20℃～40℃，具体可为常温；时间为10～120min，具体可为60min、120min或60～120min。本专利技术中，所述常温为本领域公知的常识，为0℃～30℃，具体可为25℃。本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的所述二维Janus纳米材料。所述二维Janus纳米材料的结构呈圆盘状或圆环状。所述二维Janus纳米材料的粒径为10～50nm，优选20～30nm。本专利技术所述二维Janus纳米材料应用于催化、油水分离、水体净化和细胞识别领域中。本专利技术具有以下优点：本专利技术二维Janus纳米材料的化学组成可调，厚度可调，外径可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维Janus纳米材料，其特征在于：该二维Janus纳米材料通过交联在二维结构模型上自组装嵌段共聚物制备得到。/n
【技术特征摘要】
1.一种二维Janus纳米材料，其特征在于：该二维Janus纳米材料通过交联在二维结构模型上自组装嵌段共聚物制备得到。
2.根据权利要求1所述的二维Janus纳米材料，其特征在于：所述二维结构模型呈圆盘状或圆环状；
所述二维Janus纳米材料的粒径为10～50nm。
3.根据权利要求1或2所述的二维Janus纳米材料，其特征在于：所述嵌段共聚物包括聚丙烯酸-聚苯乙烯嵌段共聚物或聚苯乙烯磺酸钠-聚苯乙烯嵌段共聚物；
所述聚丙烯酸-聚苯乙烯嵌段共聚物的嵌段比为1:0.2～12；所述聚苯乙烯磺酸钠-聚苯乙烯嵌段共聚物的嵌段比为1:0.2～12。
4.权利要求1-3中任一项所述的二维Janus纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
1)在二氧化硅球表面生长金属颗粒，然后用烷基硅烷改性上述二氧化硅球；然后除掉上述改性后的二氧化硅球上的金属颗粒并负载咪唑基团，得到模板A；
2)将嵌段共聚物和所述模板A混合，在极性有机溶剂中进行自组装，然后加入交联剂进行交联反应，即得到所述二维Janus纳米材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中还包括在所述交联反应之后将所述模板A分级离心去除的步骤。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述交联反应采用所述极性有机溶剂进行时，得到圆盘状的所述二维Janus纳米材料；
所述交联反应采用非极性有机溶剂进行时，得到圆环状的所述二维Janus纳米材料。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨振忠，张杨，梁福鑫，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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