[发明专利]鸟巢状聚合物碗、多孔炭碗及其制备方法与应用

说明书

本申请公开了一种鸟巢状聚合物碗、多孔炭碗及其制备方法与应用，属于纳米材料技术领域。本申请通过将两性三嵌段共聚物溶于水和乙醇的混合溶剂中形成胶束，加入1,3,5‑三甲苯形成乳白色溶液，通过控制反应温度、pH值等条件，在加入间苯二酚和甲醛后自组装一锅法直接合成了鸟巢状聚合物碗，该聚合物碗后续经高温碳化即可得到炭碗；该方法具有操作简单、省时、节能环保、可满足规模化生产需求等优点；得到的纳米炭碗具有明显的树枝状结构，平均粒径约为400nm，且所制备的鸟巢状炭碗的比表面积高达831m²/g，使其在催化剂载体、传感、药物运载、电化学等领域有重要的应用价值。

技术领域

本申请涉及纳米材料技术领域，具体涉及鸟巢状聚合物碗及其制备方法、多孔炭碗及其制备方法以及多孔炭碗的应用。

背景技术

不对称结构广泛存在于自然界中，在生命活动中发挥着重要作用。不对称纳米粒子不仅具有复杂的形貌和结构，而且由于各向异性的影响，使其具有独特的优势。碗状结构作为一类非对称结构，具有独特的不对称腔体、凹面结构及高填充密度，使其在药物载体、基因递送、癌症和其他疾病诊疗、分子催化、水处理等领域具有广泛的潜在应用前景。

然而，目前碗状结构的制备高度依赖于硬模板法，方法步骤多、耗时长、资源浪费严重。并且其他方法得到的碗状结构大多是无孔的，这极大地限制了其应用途径。

因此，亟需开发一种简单的策略来合成具有多孔结构的碗状结构。

发明内容

根据本申请的第一方面，提供了一种鸟巢状聚合物碗的制备方法，包括：

a)将模板剂溶解于水醇溶液中，得到溶液I；

b)在所述溶液I加入扩孔剂，并调节pH值为碱性，得到分散液II；其中，模板剂与扩孔剂形成胶束；

c)在所述分散液II中加入酚类聚合物单体和甲醛，在0～20℃下搅拌反应，反应结束后分离、洗涤、干燥，得到鸟巢状聚合物碗；

所述模板剂为两性聚合物；

所述扩孔剂为疏水有机物。

可选地，所述两性共聚物选自聚氧乙烯聚氧化丙烯醚的嵌段共聚物中的至少一种；

优选地，所述两性共聚物选自聚氧乙烯聚氧化丙烯醚的三嵌段共聚物中的至少一种；

所述两性共聚物在所述水醇溶液中的含量为0.001～0.5g/mL。

可选地，所述两性共聚物为表面活性剂F127、P123或F108中的两种组合，且两种表面活性剂在所述水醇溶液中的含量均为0.001～0.01g/mL。

可选地，所述水醇溶液中水和醇的体积比为0.1～10:1，以保证间苯二酚甲醛树脂在两性三嵌段共聚物的模板作用下自组装成形态良好的碗状结构；优选地，所述水醇溶液中水和醇的体积比为0.4～2:1，以确保形成的碗状结构分散更加均匀且具有均一的形貌；

可选地，所述水醇溶液为水和乙醇的混合溶液。

可选地，所述疏水有机物选自1～3个甲基取代的苯、C5～C7的烷烃中的至少一种。

可选地，所述疏水有机物选自1,3,5-三甲苯、正己烷、环己烷等中的至少一种。

所述疏水有机物与所述水醇溶液的体积比为0.001～0.5:1，优选0.03～0.5:1。

可选地，调节pH值为8～11；

在一可选实施例中，通过加入质量浓度为25％-28％的氨水的方式调节pH值，加入的氨水与所述水醇溶液的体积比为0.001～0.5:1，优选0.007～0.1:1；在另一可选实施例中，通过加入氢氧化钠或氢氧化钾等强碱的方式调节pH值。