[发明专利]基于石墨氧化物的孔径可调的纳米多孔材料的制备方法

摘要

一种基于石墨氧化物的孔径可调的纳米多孔材料的制备方法，以天然鳞片石墨作为原材料，以浓硫酸和硝酸钠为插层剂，以高锰酸钾为氧化剂对其进行热化学的插层处理；然后将得到的片状石墨氧化物去离子水溶液经冷冻干燥得到粉末状片状石墨氧化物，或者用极性的有机溶剂对片状石墨氧化物去离子水溶液进行溶剂交换得到片状石墨氧化物有机溶剂悬浮液；之后，再采用直接修饰法和超分子构筑法中的一种对粉末状片状石墨氧化物或片状石墨氧化物有机溶剂悬浮液进行修饰，得到基于片状石墨氧化物的孔径可调的纳米多孔材料；该方法制得的纳米多孔材料通过共价键或金属配位键的连接构筑，孔结构稳定，所用的修饰分子范围广，可在较大范围内调节其孔径大小。

主权项

一种基于石墨氧化物的孔径可调的纳米多孔材料的制备方法，其特征在于，其具体步骤如下：(1)片状石墨氧化物的制备以天然鳞片石墨作为原材料，以浓硫酸和硝酸钠作为插层剂，以高锰酸钾作为氧化剂对其进行热化学的插层处理：将天然鳞片石墨和硝酸钠加入到浓硫酸中，得到的混合物用冰水浴冷却，并在冰水浴冷却下加入高锰酸钾；所述混合物各组分的重量比为天然鳞片石墨∶硝酸钠∶浓硫酸∶高锰酸钾＝1∶0.5-1∶45-80∶3-5；所述热化学的插层处理条件为20-40℃温度范围内反应120小时；反应结束后撤去冰水浴，加入3wt％的双氧水溶液，将剩余的高锰酸钾以及反应中生成的二氧化锰转变成硫酸锰，得到亮黄色的悬浮液；所加入的3wt％双氧水溶液与上述高锰酸钾的重量比为1∶1.5；之后用去离子水反复洗涤至悬浮液中没有硫酸根离子；再将悬浮液用3000-8000rpm进行离心分离，得到的上层溶液为分散于去离子水中的片状石墨氧化物去离子水溶液；然后将得到的片状石墨氧化物去离子水溶液经冷冻干燥得到粉末状片状石墨氧化物，或者用极性的有机溶剂对所得到的片状石墨氧化物去离子水溶液进行溶剂交换得到片状石墨氧化物有机溶剂悬浮液；(2)对片状石墨氧化物的修饰构筑采用下述两种修饰方法中的任一种分别对步骤(1)得到的粉末状片状石墨氧化物或片状石墨氧化物有机溶剂悬浮液进行修饰，将得到的混合物再用溶剂洗涤除去未反应的修饰分子，构筑得到基于片状石墨氧化物的孔径可调的纳米多孔材料：(a)直接修饰法：将粉末状片状石墨氧化物超声分散于干燥的极性有机溶剂中，在氮气保护及25℃-150℃反应温度范围内用带有2个活泼官能团的刚性有机分子或者表面修饰有2至10个活泼官能团的纳米粒子对其中的片状石墨氧化物进行修饰，将得到的混合物再用溶剂洗涤除去未反应的修饰分子，构筑得到基于片状石墨氧化物的孔径可调的纳米多孔材料；或直接将所述片状石墨氧化物有机溶剂悬浮液在氮气保护及25℃-150℃的反应温度下用带有2个活泼官能团的刚性有机分子或者表面修饰有2至10个活泼官能团的纳米粒子对其中的片状石墨氧化物进行修饰，将得到的混合物再用溶剂洗涤除去未反应的修饰分子，构筑得到基于片状石墨氧化物的孔径可调的纳米多孔材料；(b)超分子构筑法：先用一端连接有活泼官能团的具有配位组装功能的配位组装功能分子修饰粉末状片状石墨氧化物或片状石墨氧化物有机溶剂悬浮液中的片状石墨氧化物，然后再引入过渡金属离子和两端都连接有配位组装功能分子的不同长度的刚性有机分子，利用配位组装功能分子和刚性有机分子两端的配位组装功能分子与过渡金属离子之间的配位组装构筑得到基于片状石墨氧化物的孔径可调的纳米多孔材料。