不含三嗪环结构的聚酰亚胺光催化剂及光电极制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能无三嗪环结构的聚酰亚胺光催化剂及光电极的制备方法。本发明专利技术方法以不含三嗪环结构的胺类单体与酐类单体为原料，按一定摩尔比研磨混合均匀后，采用固相熔融法使胺类和酐类发生热聚合酰胺化反应，得到聚合产物，提纯后得到不含三嗪环的聚酰亚胺光催化剂。以本方法制备的聚酰亚胺为原料制作光电极，制备的光电极具有高性能光电响应。本发明专利技术提出的制备方法成本低，操作简单且目标产物产率高。制备的不含三嗪环结构的聚酰亚胺光催化剂经性能测试后，证明具有较高性能的光催化和光电催化活性。本发明专利技术方法制备的不含三嗪环结构的聚酰亚胺可作为光催化剂，用于光催化和光电催化领域，拓展了聚酰亚胺光催化剂的结构种类。构种类。构种类。

【技术实现步骤摘要】
不含三嗪环结构的聚酰亚胺光催化剂及光电极制备方法


[0001]本专利技术属于聚酰亚胺制备及应用领域，具体涉及一种不含三嗪环结构的聚酰亚胺光催化剂及光电极制备方法。

技术介绍

[0002]半导体光催化是一种可以解决能源和环境问题的先进技术，具有较好的前途。聚合物半导体因其低成本、含量丰富、易于合成、分子结构可调控、光电性能较强等优点，已成为一类新型的多相光催化剂。
[0003]聚酰亚胺(polymide，PI)由于其优越的耐高温，耐腐蚀性和优良的电性能，已经作为一种特种材料被广泛应用于航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。
[0004]除此之外，聚酰亚胺材料还作为光催化剂被广泛应用于光催化和光电催化领域。
[0005]目前，在工业领域中，聚酰亚胺的分子结构众多，胺类和酐类单体种类众多，但是，在光催化和光电催化领域中，常用的高性能聚酰亚胺光催化剂大多数含有三嗪环结构。
[0006]但是，三嗪类化合物往往具有毒性，易对人体造成一定危害。相较于其他无三嗪环结构化合物价格较高。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术的目的是解决现有聚酰亚胺三嗪环结构，易对人体造成一定危害的问题，提供一种无三嗪环结构的聚酰亚胺光催化剂的制备方法；
[0008]本专利技术的目的还在于提供一种光电极。
[0009]技术方案：本专利技术所述的不含三嗪环结构的聚酰亚胺光催化剂的制备方法，包括以下步骤：Sa1，以不含三嗪环结构的胺类单体与酐类单体为原料，按一定摩尔比研磨成粉，并混合均匀；
[0010]Sa2，研磨所得粉末置于炉内，控制升温速率，逐渐升温至热聚合温度，并持续一段时间，使其完全发生热聚合酰胺化反应，得到聚合产物；
[0011]Sa3，所得聚合物提纯后，置于100℃真空干燥箱中干燥，制备得不含三嗪环结构的聚酰亚胺粉末。
[0012]进一步的，在Sa1中，所述胺类和肝类的摩尔比为：1.0:0.2～5.0。
[0013]进一步的，在Sa2中，所述升温速率为7～10℃/min，热聚合温度为300～350℃，加热时间为1～4h。
[0014]进一步的，所述胺类单体包括尿素、4,4
’‑
二氨基二苯醚、3,4
’‑
二氨基二苯醚、3,3
’‑
二氨基二苯醚、4,4
’‑
二氨基二苯基甲烷、间二氨基苯、对二氨基苯和邻二氨基苯。
[0015]进一步的，所述酐类单体，包括3
’
3,4,4
’‑
联苯四甲酸二酐、3,3
’
,4,4
’‑
二苯酮四酸二酐、均苯四甲酸二酐和1,4,5,8
‑
萘四甲酸酐。
[0016]进一步的，所述聚酰亚胺光催化剂包括采用本专利技术提出的聚酰亚胺制备方法制备的聚酰亚胺。
[0017]本专利技术还公开了一种电极制备方法，包括如下步骤
[0018]Sb1.取一定量的采用本聚酰亚胺制备方法制备的聚酰亚胺与无水乙醇混合，放入超声仪进行超声分散；
[0019]Sb2.超声后得到聚酰亚胺悬浊液，将聚酰亚胺悬浊液用旋转机旋涂至清洗好的FTO玻璃表面，用加热板加热，后放入管式炉煅烧，制作光电极。
[0020]进一步的，聚酰亚胺与乙醇的比例为0.1g：2ml；进行超声分散的时间为15～30min；
[0021]进一步的，在所述步骤Sb3中，所述加热板加热时间为30min，管式炉煅烧温度为300℃，煅烧时间为1h。
[0022]有益效果：
[0023]1.本专利技术实施例提供的不含三嗪环结构的聚酰亚胺的制备方法及其应用，将酐类和不含三嗪环结构胺类按一定摩尔比混合，通过熔融聚合法制备得到不含三嗪环结构的聚酰亚胺。将此方法制备所得的聚酰亚胺作为光催化剂应用于光催化和光电催化领域，解决了现有聚酰亚胺三嗪环结构，易对人体造成一定危害的问题。
[0024]2.在由熔融聚合法制备得到聚合反应物后，使用气相色谱仪测定其光照析氢速率，进行光电化学测试，确保了该方法制得的聚酰亚胺光催化剂具有高性能的光催化和光电催化活性。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中，实施例1制备得到的聚酰亚胺的红外吸收光谱(FTIR)图。
[0026]图2为本专利技术实施例1制备得到的光催化剂的X
‑
射线粉末衍射(XRD)图。
[0027]图3为本专利技术实施例1制备得到的聚酰亚胺电极的光电催化测试性能图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术进行进一步说明。
[0029]本专利技术实施例提供一种不含三嗪环结构的聚酰亚胺光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0030]步骤1：按一定摩尔比将胺类和酐类单体研磨成粉混合均匀。
[0031]步骤2：研磨所得粉末混合物置于炉内，控制升温速率，逐渐升温使其发生热聚合酰胺化反应，得到聚合产物。
[0032]步骤3：所得聚合物提纯后，置于1℃真空干燥箱中干燥，得到不含三嗪环结构的聚酰亚胺。
[0033]上述实施例的制备方法，所选的一种或多种胺类单体中均不含三嗪环结构。包括但不限于以下化合物：尿素，4,4
’‑
二氨基二苯醚，3,4
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二氨基二苯醚，3,3
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二氨基二苯醚，4,4
’‑
二氨基二苯基甲烷，间二氨基苯、对二氨基苯、邻二氨基苯中。所述酐类单体，包括但不限于以下化合物：3
’
3,4,4
’‑
联苯四甲酸二酐，3,3
’
,4,4
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二苯酮四酸二酐，均苯四甲酸二酐，1,4,5,8
‑
萘四甲酸酐。
[0034]聚酰亚胺的分子结构可为一种或多种胺类单体与一种或多种酐类单体的组合，例如：
[0035][0036][0037]下面提供具体实施例来验证本专利技术制备得到的聚酰亚胺光催化剂的性能。
[0038]实施例1
[0039]称取摩尔比为1：1的尿素和均苯四甲酸二酐(PMDA)。将其研磨成粉后混合均匀后置于瓷舟内，放入管式炉内煅烧。煅烧前向管式炉内通氮气以排除炉内空气，且煅烧过程中，管式炉内持续通入氮气以免造成单体高温下被氧化的现象。设置升温速率，以7℃/min的速度由室温升温至325℃，保温时间为4h。冷却后取出，将所得聚合物研磨成粉，用无水乙醇，丙酮，去离子水洗涤提纯后，放入1℃烘箱内烘干，得到聚酰亚胺光催化剂粉末。取1g粉末与10ml无水乙醇混合，在超声仪中超声分散得混合均匀的浆液。用滴管取少量浆液，利用旋转机均匀旋涂于FTO玻璃基底上，置于管式炉内，煅烧温度1℃煅烧1h后取出，制得上述聚酰亚胺光电极。
[0040]制备得到的聚酰亚胺光催化剂FTIR图如图1所示，其中在1772cm
‑1、1721cm
‑1、725cm
‑1和1378cm
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不含三嗪环结构的聚酰亚胺光催化剂制备方法，其特征在于：包括以下步骤：Sa1，以不含三嗪环结构的胺类单体与酐类单体为原料，按一定摩尔比研磨成粉末，并混合均匀；Sa2，研磨所得粉末置于炉内，控制升温速率，逐渐升温至热聚合温度，并持续一段时间，使其完全发生热聚合酰胺化反应，得到聚合产物；Sa3，所得聚合物提纯后，置于100℃真空干燥箱中干燥，制备得不含三嗪环结构的聚酰亚胺粉末。2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺光催化剂制备方法，其特征在于：在Sa1中，所述胺类和肝类的摩尔比为：1.0:0.2～5.0。3.根据权利要求1所述的聚酰亚胺光催化剂制备方法，其特征在于：在Sa2中，所述升温速率为7～10℃/min，热聚合温度为300～350℃，加热时间为1～4h。4.根据权利要求1所述的聚酰亚胺光催化剂制备方法，其特征在于：所述胺类单体包括尿素、4,4
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二氨基二苯醚、3,4
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二氨基二苯醚、3,3
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二氨基二苯醚、4,4
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二氨基二苯基甲烷、间二氨基苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：储升，徐晓宇，王馨铁，张会岩，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：