一种石墨炔纳米管及其制备方法技术

本发明专利技术为一种石墨炔纳米管及其制备方法。一种石墨炔纳米管的制备方法，为：在铜催化作用下，以纤维为基底，六炔基苯在溶剂中进行偶联反应后，生长出石墨炔，再去除所述的基底，得所述的石墨炔纳米管。本发明专利技术所述的一种石墨炔纳米管及其制备方法，该方法工艺简单，制备的纳米管管径可控，纳米管之间形成的石墨炔膜尺寸可控。寸可控。寸可控。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨炔纳米管及其制备方法


[0001]本专利技术具体涉及一种石墨炔纳米管及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨炔(graphdiyne，GDY)是继富勒烯、碳纳米管、石墨烯之后，一种新的全碳纳米结构材料，具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽面间距、优良的化学稳定性，被誉为是最稳定的一种人工合成的二炔碳的同素异形体。由于其特殊的电子结构及类似硅优异的半导体性能，石墨炔有望可以广泛应用于电子、半导体以及新能源领域。
[0003]制备石墨炔的方法有：以六炔基苯为单体，铜箔为基底，通过催化交叉偶联反应制备了大面积的石墨炔膜(Chemical Communications)。在这种合成方法的基础上，人们开展了大量开创性的研究，期望获得尺寸和形态高度可控的石墨炔材料。不同聚集态结构的石墨炔被成功制备并应用于相关的领域。比如零维的石墨炔量子点、一维的石墨炔纳米管、纳米线、二维的石墨炔膜、三维的石墨炔纳米墙等结构被研究并用于太阳能电池、生物医药、光电器件和电子材料等领域表现出优异的性能。其中，一维的石墨炔纳米管具有中空结构，可暴露分子平面内的更多反应位点，有利于反应物质的快速传输，并且具有一维纳米材料的结构优势，可被应用于很多领域。
[0004]目前报道的合成石墨炔纳米管的方法只有两种。一种是以阳极氧化铝(AAO)作为模板，6M的NaOH溶液为模板去除剂，制备了表面光滑、壁厚约为40nm的一维石墨炔纳米管(GDYNTs)，经退火处理后其厚度变为15nm，石墨炔纳米管表现出依赖于壁厚的场发射性质。另一种是以铜纳米线为模板，通过FeCl3或浓盐酸去除模板的方法，制备出管径约为100nm石墨炔纳米管，用于锂离子电池电极材料表现出增高的性能和优异的稳定性。但是，这两种方法存在石墨炔纳米管管径不可控、模板昂贵、去除困难等问题。因此、制备简单、管径可控的石墨炔纳米管制备方法亟需开发。
[0005]有鉴于此，本专利技术提出一种新的石墨炔纳米管及其制备方法，该方法工艺简单、管径可控。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种石墨炔纳米管的制备方法，该方法工艺简单，制备的纳米管管径可控。
[0007]为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
[0008]一种石墨炔纳米管的制备方法，为：在铜催化作用下，以纤维为基底，六炔基苯在溶剂中进行偶联反应后，生长出石墨炔，再去除所述的基底，得所述的石墨炔纳米管。
[0009]进一步地，所述的纤维为聚丙烯腈纳米纤维。
[0010]再进一步地，所述的聚丙烯腈纳米纤维采用静电纺丝法制备。
[0011]再进一步地，所述的静电纺丝法过程中采用电解铜箔来收集聚丙烯腈纳米纤维。
[0012]进一步地，所述的六炔基苯与溶剂的质量体积比为15
‑
100mg：106ml；
[0013]所述的溶剂为丙酮、吡啶、N,N,N,N
‑
四甲基乙二胺的混合溶液，丙酮、吡啶、N,N,N,N
‑
四甲基乙二胺的体积比为100：5：1。
[0014]进一步地，所述的偶联反应是在惰性气体保护下进行。
[0015]进一步地，所述的偶联反应的温度为50
‑
60℃，时间为12
‑
24小时。
[0016]进一步地，所述的去除基底的方法为：采用有机溶剂或水热法去除。
[0017]再进一步地，所述的有机溶剂去除基底时，反应温度为20
‑
80℃，有机溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺；
[0018]所述的水热法去除基底时，反应温度为200
‑
220℃。
[0019]本专利技术的另一个目的在于提供一种石墨炔纳米管及其应用，采用上述制备方法制备而成。该石墨炔纳米管在催化、电子、能源和材料等领域具有潜在的应用前景。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0021]本专利技术所述的一种石墨炔纳米管及其制备方法，工艺简单，纳米管管径可控，可合成任意尺寸的石墨炔纳米管膜，根据纤维支撑体不同，可合成内嵌丰富铜量子点的石墨炔纳米管；制备的石墨炔纳米管或内嵌丰富铜量子点的石墨炔纳米管在催化、能源、电子、半导体等领域具有潜在的应用。
附图说明
[0022]图1为聚丙烯腈纳米纤维的SEM图；
[0023]图2为为实例2制备的石墨炔纳米管的SEM图；
[0024]图3为实例2制备的石墨炔纳米管的TEM；
[0025]图4为实施例3中铜箔、铜箔收集的聚丙烯腈纳米纤维和石墨炔的光学图片；
[0026]图5为实例3制备的、内嵌丰富铜量子点的石墨炔纳米管的TEM图和元素分布图；其中，图a、b、c为不同图比例尺下的石墨炔纳米管的TEM图，图d为石墨炔纳米管的元素分布图；
[0027]图6为实例3制备的石墨炔纳米管表面铜量子点尺寸分布图；
[0028]图7为实例2制备的、内嵌丰富铜量子点的石墨炔纳米管的XRD图。
具体实施方式
[0029]为了进一步阐述本专利技术一种石墨炔纳米管及其制备方法，达到预期专利技术目的，以下结合较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种石墨炔纳米管及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
[0030]下面将结合具体的实施例，对本专利技术一种石墨炔纳米管及其制备方法做进一步的详细介绍：
[0031]本专利技术的技术方案为：
[0032]一种石墨炔纳米管的制备方法，为：在铜催化作用下，以纤维为基底，六炔基苯在溶剂中进行偶联反应后，生长出石墨炔，再去除所述的基底，得所述的石墨炔纳米管。
[0033]优选地，所述的纤维为聚丙烯腈纳米纤维。通过实验确定，在以聚丙烯腈纳米纤维
为基底时，才可以较好的合成石墨炔纳米管。
[0034]进一步优选地，所述的聚丙烯腈纳米纤维采用静电纺丝法制备。
[0035]进一步优选地，所述的静电纺丝法过程中采用电解铜箔来收集聚丙烯腈纳米纤维。采用电解铜箔替代铝箔来收集聚丙烯腈纳米纤维，整体作为基底，电解铜箔是作为催化剂来源，在催化反应过程中分裂成铜量子点均匀分布在石墨炔表面，可制备富含铜量子点的石墨炔纳米管。
[0036]优选地，所述的六炔基苯与溶剂的质量体积比为15
‑
100mg：106ml；
[0037]所述的溶剂为丙酮、吡啶、N,N,N,N
‑
四甲基乙二胺的混合溶液，丙酮、吡啶、N,N,N,N
‑
四甲基乙二胺的体积比为100：5：1。
[0038]优选地，所述的偶联反应是在惰性气体保护下进行。
[0039]优选地，所述的偶联反应的温度为50
‑
60℃，时间为12
‑
24小时。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨炔纳米管的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：在铜催化作用下，以纤维为基底，六炔基苯在溶剂中进行偶联反应后，生长出石墨炔，再去除所述的基底，得所述的石墨炔纳米管。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的纤维为聚丙烯腈纳米纤维。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的聚丙烯腈纳米纤维采用静电纺丝法制备。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的静电纺丝法过程中采用电解铜箔来收集聚丙烯腈纳米纤维。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的六炔基苯与溶剂的质量体积比为15
‑
100mg：106ml；所述的溶剂为丙酮、吡啶、N,N,N,N
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四甲基乙二胺的混合溶液，丙酮、吡啶、N,N,N,N
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四甲基乙二胺的体积比为100：5：1；所述的偶联反应是在惰性气体保...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕燕，郭继玺，贾殿赠，吴雪岩，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：