本发明专利技术属于材料技术领域，公开了一种多孔聚合物纳米线和其炭纳米线及其制法与应用。多孔聚合物纳米线由以下步骤得到：(1)将嵌段共聚物溶解在共溶剂中，溶解完全后加入选择性溶剂进行自组装，自组装完成后加入催化剂进行预交联反应，反应结束后过滤并洗涤滤渣，干燥即得到预交联聚合物纳米线；(2)将溶剂、交联剂和催化剂混合均匀，随后加入步骤(1)所得的预交联聚合物纳米线进行反应，反应结束后将反应液过滤，对所得滤渣进行洗涤，然后干燥得多孔聚合物纳米线。将多孔聚合物纳米线高温炭化后即得炭纳米线，多孔聚合物纳米线及其炭纳米线均具有均一的线形结构，同时具有丰富的孔隙率，可应用在催化、能源、吸附、生物医学等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料
，特别涉及一种多孔聚合物纳米线和其炭纳米线及其制法与应用。
技术介绍
聚合物纳米线及其炭纳米线是一类重要的纳米材料，具有一维结构、较高比表面积、多功能组分定制等优点，在催化、能源、吸附、生物医学等诸多领域具有广泛的应用前景。目前，该类材料通常采用静电纺丝法、多孔模板法和自组装法等方法制备。但是，这些方法都有一些缺点，静电纺丝法可以获得长度达数厘米，甚至数米的纳米线材料并且可控性优，普适性好，但制备过程大量使用有机溶剂且几乎全部挥发，同时需要使用高压电场，降低纳米线的直径也比较困难。多孔模板法较难做到完全填充，去除模板后获得的产物结构难以完全均一。自组装法可以一次制备较多的产物，缺点是表面活性剂分子难以除去，提高产物的纯度困难。上述方法所制备的纳米线材料普遍存在着骨架内部缺乏孔隙率，并且不具备刚性的交联结构，导致成炭性差等问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种多孔聚合物纳米线的制备方法。本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的多孔聚合物纳米线。本专利技术再一目的在于提供一种由上述多孔聚合物纳米线制备得到的炭纳米线。本专利技术再一目的在于提供上述炭纳米线的制备方法。本专利技术再一目的在于提供上述多孔聚合物纳米线和炭纳米线在催化、能源、吸附、生物医学等领域中的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种多孔聚合物纳米线的制备方法，其具体包括以下步骤：(1)将嵌段共聚物溶解在共溶剂中，溶解完全后加入选择性溶剂进行自组装，自组装完成后加入催化剂进行预交联反应，反应结束后过滤并洗涤滤渣，干燥即得到预交联聚合物纳米线；(2)将溶剂、交联剂和催化剂混合均匀，随后加入步骤(1)所得的预交联聚合物纳米线进行反应，反应结束后将所得反应液过滤，对所得滤渣进行洗涤，然后干燥即得到多孔聚合物纳米线。步骤(1)中所述的嵌段共聚物可为聚甲基丙烯酸甲酯—聚苯乙烯两嵌段共聚物(PMMA-b-PS)。优选的，步骤(1)中所述的嵌段共聚物为PMMA204-b-PS730或PMMA204-b-PS957。步骤(1)中所述的共溶剂可优选为四氯化碳。步骤(1)中所述的选择性溶剂优选为冰醋酸。步骤(1)中所述的自组装的时间为30min。步骤(1)中所述的催化剂优选为无水FeCl3、无水AlCl3等路易斯酸。优选地，步骤(1)中所用的嵌段共聚物与共溶剂的质量体积比为(4～60)mg:1mL，所用的选择性溶剂和共溶剂的体积比为100：(10～50)，所用的催化剂和嵌段共聚物质量比为10:1。优选地，步骤(1)中所述的预交联反应的温度为70～80℃，反应的时间为24～72h。更优选地，步骤(1)中所述的预交联反应的反应温度为75℃。优选地，步骤(1)中所述的洗涤是指用95％乙醇和5％稀盐酸(V/V＝3:1)的混合溶液进行洗涤，最后用蒸馏水冲洗至滤液为中性。步骤(1)中所述的干燥是指在50℃下进行干燥。步骤(2)中所述的溶剂优选为1,2-二氯乙烷。步骤(2)中所述的交联剂优选为甲缩醛(FDA)或四氯化碳(CCl4)。步骤(2)中所述的催化剂优选为无水FeCl3、无水AlCl3等路易斯酸。优选地，步骤(2)中所用的交联剂与溶剂的摩尔体积比为3mmol:1mL，所使用的交联剂和催化剂的摩尔比为1:1，所用的预交联聚合物纳米线与交联剂的质量摩尔比为1g:0.1mol。优选地，步骤(2)中所述的反应指在冰水浴中反应4～10h后将温度升高到70～80℃再反应2～20h。步骤(2)中所述的洗涤是指用体积比为2020：76：666的丙酮/盐酸/水的混合溶液进行洗涤，然后用蒸馏水洗至滤液为中性。步骤(2)中所述的干燥是指在80℃下进行干燥。一种由上述方法制备得到的多孔聚合物纳米线，该多孔聚合物纳米线材料具有均一线形结构，同时具有丰富的孔隙率，其直径为30～90nm，比表面积为50～493m2/g，总孔容为0.29～0.49cm3/g。一种多孔炭纳米线，其主要由上述的多孔聚合物纳米线制备得到，具体包括以下步骤：将多孔聚合物纳米线在惰性气氛下高温炭化处理，即得到多孔炭纳米线。优选地，所述的惰性气氛为氮气或氩气，气体流速为100～400mL/min-1。优选地，所述的高温炭化处理是指以1～10℃/min的升温速率升到400～900℃然后炭化处理3～12h。上述的多孔炭纳米线材料具有均一线形结构，同时具有丰富的孔隙率，其直径为20～70nm，比表面积为267～1138m2/g，总孔容为0.43～0.81cm3/g。上述的多孔聚合物纳米线和多孔炭纳米线均具有均一的线形结构，同时具有丰富的孔隙率，可应用在催化、能源、吸附、生物医学等领域。本专利技术的机理为：本专利技术发展了一种预交联诱导自组装-超交联法，从而设计合成了一类具有发达孔隙率的新型多孔聚合物纳米线及其多孔炭纳米线。首先，结合反应诱导嵌段共聚物自组装与Friedel-Crafts超交联反应发展了一种预交联诱导自组装-超交联法，通过对嵌段共聚物分子量、嵌段比、共聚物浓度、反应时间等条件进行调控，成功合成了具有均一形貌的预交联聚合物纳米线；然后，利用超交联技术在纳米线内部构筑了刚性的骨架结构，并引入多孔结构，制备了一类多孔聚合物纳米线，经过直接炭化后，得到了相应多孔炭纳米线。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：本专利技术制备的多孔聚合物纳米线具有均一线形结构，同时具有丰富的孔隙率，其直径为30～90nm，比表面积为50～493m2/g，总孔容为0.29～0.49cm3/g。本专利技术制备的多孔炭纳米线材料具有均一线形结构，同时具有丰富的孔隙率，其直径为20～70nm，比表面积为267～1138m2/g，总孔容为0.43～0.81cm3/g。本专利技术的产品是一类重要的纳米材料，具有一维结构、较高比表面积、多功能组分定制等优点，在催化、能源、吸附、生物医学等诸多领域具有广泛的应用前景。例如，可以作为良好的多功能吸附剂，还可以作为高能量密度、高功率密度超级电容器电极材料。附图说明图1为实施例1制备的多孔聚合物纳米线的扫描电镜照片。图2为实施例1制备的多孔聚合物纳米线的透射电镜照片。图3为实施例1制备的多孔聚合物纳米线的氮气吸附－脱附等温线图(左)和孔径分布图(右)。图4为实施例1制备的多孔炭纳米线的扫描电镜照片。图5为实施例1制备的多孔炭纳米线的透射电镜照片。图6为实施例1制备的多孔炭纳米线的氮气吸附－脱附等温线图(左)和孔径分布图(右)。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供的实施例中，Am-b-Bn表示A嵌段的聚合度为m，B嵌段的聚合度为n。以实施例1为例，PMMA204-b-PS730表示PMMA嵌段的聚合度为204，PS嵌段的聚合度为730。实施例中嵌段共聚物均通过原子转移自由基聚合方式制备，步骤如下：30mL过柱后的甲基丙烯酸甲酯和40mL二甲苯、0.207mL本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多孔聚合物纳米线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将嵌段共聚物溶解在共溶剂中，溶解完全后加入选择性溶剂进行自组装，自组装完成后加入催化剂进行预交联反应，反应结束后过滤并洗涤滤渣，干燥即得到预交联聚合物纳米线；(2)将溶剂、交联剂和催化剂混合均匀，随后加入步骤(1)所得的预交联聚合物纳米线进行反应，反应结束后将所得反应液过滤，对所得滤渣进行洗涤，然后干燥即得到多孔聚合物纳米线。
【技术特征摘要】
1.一种多孔聚合物纳米线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将嵌段共聚物溶解在共溶剂中，溶解完全后加入选择性溶剂进行自组装，自组装完成后加入催化剂进行预交联反应，反应结束后过滤并洗涤滤渣，干燥即得到预交联聚合物纳米线；(2)将溶剂、交联剂和催化剂混合均匀，随后加入步骤(1)所得的预交联聚合物纳米线进行反应，反应结束后将所得反应液过滤，对所得滤渣进行洗涤，然后干燥即得到多孔聚合物纳米线。2.根据权利要求1所述的多孔聚合物纳米线的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的嵌段共聚物为聚甲基丙烯酸甲酯—聚苯乙烯两嵌段共聚物；所述的共溶剂为四氯化碳；所述的选择性溶剂为冰醋酸；所述的催化剂为无水FeCl3或无水AlCl3；步骤(1)中所用的嵌段共聚物与共溶剂的质量体积比为(4～60)mg:1mL，所用的选择性溶剂和共溶剂的体积比为100：(10～50)，所用的催化剂和嵌段共聚物质量比为10:1；步骤(1)中所述的预交联反应的温度为70～80℃，反应的时间为24～72h；所述的自组装的时间为30min；步骤(1)中所述的洗涤是指用体积比为3:1的95％乙醇和5％稀盐酸的混合溶液进行洗涤，最后用蒸馏水冲洗至滤液为中性；步骤(1)中所述的干燥是指在50℃下进行干燥。3.根据权利要求1所述的多孔聚合物纳米线的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的溶剂为1,2-二氯乙烷；所述的交联剂为甲缩醛或四氯化碳；所述的催化剂为无水FeCl3或无水AlCl3；步骤(2)中，所用的交联剂与溶剂的摩尔体积比为3mmol:1mL，所用的交联剂和催化剂的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴丁财，杨鸿毓，刘昊，郑冰娜，符若文，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。