[发明专利]一种二维连续碳管网络的制备方法

说明书

本发明属于材料制备技术领域，具体为一种二维连续碳管网络的制备方法。本发明以嵌段共聚物为原材料，首先在选择性溶剂中形成具有核壳结构的柔性聚合物纳米线；然后，以该纳米线为模板，在纳米线的壳层吸附聚多巴胺，得到聚多巴胺包覆的柔性聚合物纳米线；之后，将该纳米线涂覆在基底上，经过煅烧后得到大面积的二维连续碳管网络。利用聚多巴胺优异的吸附性能，在纳米线上吸附金属离子等，煅烧后可以在碳管网络上引入金属原子。本发明实现了大面积二维连续碳管网络的高效制备，并且可以方便的在网络上掺杂其他金属原子，制备的材料在催化、电化学等领域有广泛应用。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体为一种二维连续碳管网络的制备方法。

背景技术

目前，碳材料是一种备受关注的材料，在催化、电化学、导电材料制备等很多领域有着重要的应用。碳材料在自然界中普遍存在，例如金刚石、石墨烯等，同时由于其具有许多特殊的力学、电学和化学性能，因此在实际应用中有着重要的意义。随着科技的发展，人们对碳材料的要求越来越高，仅仅从自然界中获取碳材料，已经无法满足人们对材料性能的要求，因此，碳材料的制备成为了研究的热点。

在目前的研究中，碳材料多来源于有机材料或者无机材料的煅烧；碳源种类繁多，如：糖类、有机金属框架、聚多巴胺等。其中聚多巴胺使用较为方便，优异的吸附性能使其可以轻易的吸附在模板表面，经过煅烧可以得到不同形貌的碳材料；而且利用聚多巴胺的吸附性能可以吸附其他金属等杂原子，从而得到丰富的掺杂碳材料。目前，人们以聚多巴胺为碳源，可以胶束为模板得到较大的多孔状碳材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 588–593），但该材料的比表面小，碳源利用率低；或者以刚性的金属棒为模板得到含金属元素的碳材料（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 10976-10979），而利用刚性模板难以实现均匀的二维材料。除此之外，还有许多其他模板法制备碳材料，但均无法得到大面积的二维连续碳材料。在我们的研究中，我们可以制备柔性的聚合物纳米线（Angew. Chem. Int. Ed.2012, 51, 1-5），利用该纳米线为模板，可以开展碳材料的研究，为大面积二维连续碳材料的制备提供了很好的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维连续碳管网络的高效制备方法。

本发明提供的二维连续碳管网络的制备方法，是以具有核壳结构的柔性聚合物纳米线为模板，以聚多巴胺为碳源而得到的二维连续碳管网络，具体步骤为：

（1）首先，两亲性嵌段共聚物在甲醇和水体系中形成具有核壳结构的柔性聚合物纳米线，交联剂交联后，得到稳定存在的柔性聚合物纳米线；

（2）将适量的多巴胺小分子溶解于一定体积的纳米线溶液中，接着加入相同体积的Tris缓冲液（如10mM，pH=8.5），室温下敞口搅拌20-28h，之后离心纯化，溶解于相同体积的甲醇中，得到聚多巴胺包覆的柔性聚合物纳米线；

（3）配置适合浓度的聚多巴胺包覆的柔性聚合物纳米线，取少量甲醇溶液在基底上旋涂，得到大面积的柔性聚合物纳米线网络；

（4）将该基底在管式炉中煅烧，可以得到二维连续碳管网络。

本发明中，两亲性嵌段共聚物为聚（乙二醇）-嵌段-聚（4-乙烯基吡啶），其中，聚（乙二醇）分子量可以在2000-20000之间，聚（4-乙烯基吡啶）分子量可以在2000-20000之间，交联剂可以为1,4-二溴丁烷。纳米线交联程度可以在10%-100%之间，交联后，可以稳定存在溶液中。

本发明中，两亲性嵌段共聚物的柔性聚合物纳米线长度可以在几百纳米到十几个微米之间（例如在300纳米到15微米之间）。

本发明中，制备聚多巴胺包覆的柔性聚合物纳米线时，多巴胺小分子与聚合物纳米线的质量比可以在0.1-10之间，优选质量比为1-4。