CN106432561A - 一种原位制备黑磷混杂聚合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种原位制备黑磷混杂聚合物的制备方法，首先将黑磷在超声作用下均匀分散到含有表面活性剂的醇溶液中，然后将溶于醇溶液的单体和引发剂慢慢加入到黑磷悬浮溶液中，进行搅拌,随后对悬浮溶液进行鼓氮气处理，除去其中的氧气，同时加热，进行聚合过程。聚合过程结束后通入空气，降温。对悬浮溶液进行离心处理，除去其中未反应的单体、表面活性剂，得到黑磷混杂的聚合物。

Description

一种原位制备黑磷混杂聚合物的制备方法
技术领域
本发明涉及无机-高分子杂化领域，具体而言涉及一种原位制备黑磷混杂聚合物的制备方法。
背景技术
2016年9月中国科学院深圳先进技术研究院的喻学锋研究员与中南大学冶金与环境学院杨英副教授以及物理与电子学院肖思副教授等合作，利用黑磷量子点的近红外强吸收和高光电转换能力，将黑磷量子点沉积于多孔导电聚苯胺薄膜表面，制备出可红外光响应的光阴极，与光阳极形成互补的光吸收，将器件的光吸收范围扩展至可见-红外波段，从而组装成可双面进光的准固态染料敏化太阳能电池。沉积黑磷量子点后光阴极实现了对低能红外光子的充分利用，并有效增加了器件的光生载流子浓度，从而将太阳能电池的光电转换效率提高了20%。该研究成果表明黑磷量子点在太阳能电池、光伏器件等领域的巨大应用潜力。但是作为纳米粒子，非常容易团聚，尤其在与聚合物进行共混工程中，也因此造成性能损失，因此制备高度分散的纳米级黑磷混杂的聚合物成为研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原位制备黑磷混杂聚合物的制备方法，该方法将无机领域与高分子领域相结合，创新地合成了一种黑磷混杂聚合物，经过性能测试，发现该黑磷混杂的聚合物材料中黑磷量子点的浓度高，且都为20-500nm之间，分散性优异。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现
一种原位制备黑磷混杂聚合物的制备方法，包括以下制备步骤：
（1）将黑磷在超声作用下均匀分散到含表面活性剂的醇类溶剂中；
其中黑磷是通过将黑磷块体进行研磨得到；
可选地，表面活性剂可为聚乙二醇、醇羟基改性纤维素、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠的一种或几种，其中优选醇羟基改性纤维素。
可选地，醇类溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇的一种或几种。
其中黑磷与醇类溶剂的质量份数比为10-30/100，可选地，黑磷与醇类溶剂的比值可为10/100,15/100,20/100,25/100或30/100,优选30/100。
表面活性剂与醇类溶剂的质量份数比5-20/100,可选地，表面活性剂与醇类溶剂的质量份数比值可为5/100,10/100,15/100或20/100,优选15/100。
进一步地，将黑磷均匀分散到含表面活性剂的醇类溶剂的过程中，需要在通入保护气体的情况下进行搅拌，其中，所述保护气体可谓氮气或氩气的一种，所述搅拌的转速为1000-3000转/分，所述搅拌的时间为20-30h.
更进一步地，所述超声作用是指在功率为1000-1400W下进行探针式超声2-4小时，然后在功率为200-400W下进行水浴超声8-12h。
优选地，超声作用是指在1200W下进行探针式超声3h，然后在300W下进行水浴超声10h。
（2）将溶于醇类溶剂的单体和引发剂慢慢加入到黑磷悬浮液中。进行搅拌。
可选地，所述单体是指苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯的一种或几种；同时所述引发剂包括AIBN或BPO的一种或两种，其中所述单体和引发剂的质量份数比为100/0.1-2，其中AIBN是指偶氮二异丁腈，BPO是指过氧化苯甲酰。
进一步地，所述单体和引发剂的质量份数比可为100/0.1、100/0.2、100/0.4、100/0.6、100/0.8、100/1、100/1.2、100/1.4、100/1.6、100/1.8或100/2。
（3）将所得溶液进行加热、脱气，进行聚合过程。
进一步地，加热的温度为100-150℃，可选地，加热的温度为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃，其中优选130℃。
（4）聚合过程结束后降温通空气，随后对悬浮溶液进行离心处理，即得到黑磷混杂聚合物。
一种黑磷混杂聚合物通过上述制备方法得到。
本发明具有如下有益效果：
本发明克服了现有技术的不足，通过将黑磷加入到体系中，实现了无机材料和高分子材料的聚合，合成一种新型的黑磷混杂聚合物，极大地增强了高分子材料的阻燃效果。
具体实施方式：
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下面实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
（1）将研磨后的黑磷在超声作用下均匀分散到含十二烷基磺酸钠的甲醇溶剂中；
其中黑磷、十二烷基磺酸钠、甲醇的质量份数比为10：15：100,进一步地，分散过程需要在通入氮气的情况下进行搅拌，所述搅拌的转速为1000转/分，所述搅拌的时间为20h。
进一步地，所述超声作用是指在功率为1000W下进行探针式超声2小时，然后在功率为200W下进行水浴超声8h。
（2）将溶于甲醇的苯乙烯和AIBN慢慢加入到黑磷悬浮液中，进行搅拌，其中甲醇和苯乙烯的质量比为100/0.1。
（3）将所得溶液在100℃进行加热、脱气、进行聚合过程。
（4）聚合过程结束后降温通空气，随后对悬浮溶液进行离心处理，即得到黑磷混杂聚合物。
实施例2：
（1）将研磨后的黑磷在超声作用下均匀分散到含十二烷基硫酸钠的乙醇溶剂中；
其中黑磷、十二烷基硫酸钠和乙醇的质量份数比为15/15/100；进一步地，分散过程在氩气下进行，搅拌的转速为1500转/分，所述搅拌的时间为25h；超声作用是指在功率为1200W下进行探针式超声3小时，然后在功率为300W下进行水浴超声10小时。
（2）将溶于乙醇类溶剂的甲基丙烯酸甲酯和BPO慢慢加入到黑磷悬浮液中，其质量比为100/1.4，随后进行搅拌。
（3）将所得溶液在120℃下加热、脱气，随后进行聚合过程。
（4）聚合过程结束后降温通空气，随后对悬浮溶液进行离心处理，即得到黑磷混杂聚合物。
实施例3
一种原位制备黑磷混杂聚合物的制备方法，包括以下制备步骤：
（1）将研磨后的黑磷在超声作用下均匀分散到含醇羟基改性纤维素的异丙醇溶剂中。
其中黑磷、醇羟基改性纤维素与异丙醇与质量份数比为30：20：100；分散过程中需在氮气保护条件下进行，搅拌的转速为3000转/分，所述搅拌的时间为30h；超声作用是指在功率为1400W下进行探针式超声4小时，然后在功率为400W下进行水浴超声12h。
（2）将溶于异丙醇的丙烯酸丁酯和BPO引发剂慢慢加入到黑磷悬浮液中，进行搅拌，其中所述单体和引发剂的质量份数比为100/2。
（3）将所得溶液进行加热、脱气，进行聚合过程，其中加热的温度为150℃。
（4）聚合过程结束后降温通空气，随后对悬浮溶液进行离心处理，即得到黑磷混杂聚合物。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (4)

1.一种原位制备黑磷混杂聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）将黑磷在超声作用下均匀分散到含表面活性剂的醇类溶剂中；
（2）将溶于醇类溶剂的单体和引发剂慢慢加入到黑磷悬浮液中，进行搅拌；
（3）将所得溶液进行加热、脱气，进行聚合过程；
（4）聚合过程结束后降温通空气，随后对悬浮溶液进行离心处理，即得到黑磷混杂聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种原位制备黑磷混杂聚合物的方法，其特征在于，步骤（1）中的黑磷是通过将黑磷块体进行研磨得到；所述表面活性剂聚乙二醇、醇羟基改性纤维素、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠的一种或几种，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇或异丙醇的一种，其中所述单体和溶剂的质量份数比为5-40/100,黑磷与溶剂的质量份数比为10-30/100。
3.根据权利要求1所述的一种原位制备黑磷混杂聚合物的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的单体是指苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯的一种或几种；同时所述引发剂包括AIBN或BPO的一种或两种，其中所述单体和引发剂的质量份数比为100/0.1-2。
4.根据权利要求1所述的一种原位制备黑磷混杂聚合物的方法，其特征在于，步骤（3）中加热的温度为40-150℃。
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