[发明专利]一种单一手性碳纳米管-噻吩类聚合物复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单一手性碳纳米管‑噻吩类聚合物复合材料及其制备方法，属于碳纳米材料领域。本发明通过使用特定噻吩类聚合物取代PFO‑BPy/(6,5)SWCNT上的PFO‑BPy，成功制取了包含高纯度单一手性碳纳米管的噻吩类聚合物/(6,5)SWCNT纳米复合物，解决了噻吩类聚合物直接分散碳纳米管后金属型碳纳米管残留和碳纳米管手性选择性差的问题。

技术领域

本发明涉及一种单一手性碳纳米管-噻吩类聚合物复合材料及其制备方法，属于碳纳米材料领域。

背景技术

碳纳米管是一种一维纳米材料，具有优异的电子学特性，是电子器件潜在的理想材料。半导体型碳纳米管的性能优于传统的硅基半导体材料，在电子器件方面有很大的应用前景。但目前商业化的碳纳米管中几乎都是金属型和半导体型的混合物，金属型碳纳米管的存在严重影响电子器件的性能。因此实现金属型和半导体型碳纳米管的有效分离是人们研究的焦点。目前最理想的方法是通过共轭聚合物进行非共价修饰，这不仅可以使金属型和半导体型碳纳米管分离，还具有操作简单且可以实现规模化应用的特点。但是大多数聚合物，比如噻吩类共轭聚合物直接修饰包覆碳纳米管会导致大量金属型碳纳米管残留，无法获得单一手性碳纳米管，严重影响有机光伏设备的性能。

目前，有报道利用聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共-联吡啶](PFO-BPy)作为分散碳纳米管的聚合物，可以使金属型和半导体型碳纳米管分离，以及单一手性选择性富集(6,5)SWCNT。但是PFO-BPy本身的带隙较大，和小直径的的碳纳米管(如(6,5)SWNT)形成的是I型异质结，直接用于电子器件不利于器件的性能提升。

发明内容

为了解决上述问题，本发明发现噻吩类共轭聚合物，比如PBTTT-C12、PBTTT-C14的π-π作用力大于PFO-BPy与碳纳米管之间的π-π作用力，可置换PFO-BPy/(6,5)SWCNT纳米复合物中的PFO-BPy，形成不含有金属型碳纳米管且只含有单一手性碳纳米管的噻吩类共轭聚合物修饰的复合材料，比如PBTTT-C12/(6,5)SWCNT、PBTTT-C14/(6,5)SWCNT等纳米复合物，可实现碳纳米管对有机太阳能光伏性能进一步的提升。

本发明提供了一种构建单一手性碳纳米管的噻吩类聚合物/(6,5)SWCNT复合材料的方法，基于不同聚合物和碳纳米管之间的作用力不同这一原理，利用噻吩类聚合物PBTTT-C12 和PBTTT-C14置换(6,5)SWCNT上原有的PFO-BPy，从而制备只含有单一手性碳纳米管的 PBTTT-C12/(6,5)SWCNT、PBTTT-C14/(6,5)SWCNT等纳米复合物。

本发明的技术方案如下：

一种制备单一手性碳纳米管((6,5)SWCNT)-噻吩类聚合物复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将PFO类聚合物和碳纳米管分散于溶剂中，混匀，获得分散液；

(2)将步骤(1)所得的分散液进行离心处理，收集上清液，然后加入噻吩类聚合物，混匀，形成混合液；

(3)将步骤(2)所得的混合液经过滤膜过滤，取过滤后的滤膜置于有机溶剂中，待滤膜上的滤渣全部分散在有机溶剂中后，取出滤膜后，收集分散液。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中PFO类聚合物包括：聚(9，9-二辛基芴-2，7- 二基)(PFO)、聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共-苯并噻二唑](PFO-BT)、聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共-联吡啶](PFO-BPy)。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述溶剂包括甲苯、氯苯、邻二甲苯，间二甲苯，邻二氯苯。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述分散液中PFO-BPy的质量浓度为1:1-1： 3(mg/mL)；优选1：1mg/mL。