一种利用一步法制备苝酰亚胺纳米纤维的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种茈酰亚胺纳米纤维的制备方法，尤其涉及一种利用一步法制备茈 酰亚胺纳米纤维的方法。
【背景技术】
[0002] 上世纪末，随着碳纳米管的发现，一维纳米材料有着越来越广泛的应用。从碳纳米 管，到一维纳米纤维、纳米带和金属纳米线等，一维纳米材料不断被报道。在一维纳米材料 的制备中，自组装的方法也有着越来越重要的作用。自组装是指基本结构单元自发形成得 到有序结构的一种行为。诸如茈酰亚胺和亚芳乙炔环类等，都是因为自组装而形成一维纳 米和结构。因为较高的长径比，较大的比表面积等因素，一维纳米材料在催化、氧还原等方 面有着越来越重要的应用。
[0003] 由于茈酰亚胺是一种优良的半导体材料，其纳米纤维结构是由于氢键和分子间 31 - 31堆叠产生，由于茈酰亚胺纳米纤维特殊的结构，茈酰亚胺纳米纤维在电极材料，催化 反应等方面有着潜在的应用，并且其在负载贵金属催化与场效应晶体管方面有着天然的优 势。另外，茈酰亚胺是一类重要的合成颜料的中间体，分子式中具有五个苯环，具有很强的 π-π共辄作用，是优良的自组装材料。纳米纤维的合成增大了纳米纤维固体在水溶液中 的溶解性，这样就克服了茈酰亚胺溶解性方面的天然的缺陷，茈系颜料具有优异的耐晒、耐 热、耐溶剂性能，广泛用于塑料及合成纤维原液着色。
[0004] 当前，制备茈酰亚胺纳米纤维需要对茈酰亚胺进行改性，在其湾位或仲胺基 位置修饰苯基或长链烷基（L.Zang，Y.Che and J.S.Moore，Accounts of Chemical Research, [J]2008, 41，1596-1608.)，制备步骤比较繁琐、用料复杂、成本高、时间长。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明的目的是提供一种简单快捷、利用一步法制备茈酰亚胺纳米纤 维的方法。
[0006] 技术方案：本发明所述茈酰亚胺纳米纤维的制备方法包括以下步骤：
[0007] (1)配制质量浓度为〇· 01~25%的氨溶液；进一步说，该氨溶液的溶剂可以为水、 甲醇、乙醇、乙醚、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺中的一种或几种，优选为水或甲 醇。
[0008] (2)取PTCDA，加入到步骤（1)配制的氨溶液中，使PTCDA与氨溶液中氨的质量比 为I :0. 001~50,混合均匀，再将上述溶液在0~300°C下反应0. 1~72h，得到茈酰亚胺纳 米纤维溶液；进一步说，该0~300°C条件下的反应包括冰水浴反应、常温反应、加热回流、 水热反应或溶剂热反应，优选的，水热反应的加热温度为100~300°C，溶剂热反应的加热 温度为该溶剂沸点至300 °C。
[0009] (3)将步骤（2)得到的茈酰亚胺纳米纤维溶液经过浓缩、过滤、洗涤、干燥，得到茈 酰亚胺纳米纤维固体；进一步说，该干燥包括〇_25°C的常温干燥、30-60°C的中温干燥、真 空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥。
[0010] 有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明将一定质量的PTCDA加 入到一定浓度的氨溶液中，仅采用一步法制备得到茈酰亚胺纳米纤维；该方法是茈酰亚胺 在溶液中通过分子自组装而得，反应条件温和环保，所用原料便宜易得，无需添加催化剂， 制备方法新颖独特；制得的茈酰亚胺纳米纤维在水和有机溶剂中均有较好的分散性，可广 泛用于催化反应，太阳能电池，纳米传感器，新型纳米复合材料的制备，新型电化学电极的 制备以及新型光学及导电材料等领域。
【附图说明】
[0011] 图1为利用本发明方法制得茈酰亚胺纳米纤维的红外图谱；
[0012] 图2为茈酰亚胺纳米纤维分散在水中的实物照片；
[0013] 图3a、3b分别为茈酰亚胺纳米纤维的TEM图；
[0014] 图3c、3d分别为茈酰亚胺负载银后的TEM图；
[0015] 图4为茈酰亚胺纳米纤维的固体紫外图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0017] 本发明采用将PTCDA加入到氨溶液的一步法制备茈酰亚胺纳米纤维，使PTCDA 与氨溶液中的氨的质量比为1 :〇. 001~50,混合均匀，再将上述溶液在0~300°C下反应 0. 1~72h，得到茈酰亚胺纳米纤维溶液；将制得的茈酰亚胺纳米纤维溶液，经过浓缩、过 滤、洗涤、干燥，得到茈酰亚胺纳米纤维固体。
[0018] 反应过程主要是茈酰亚胺分散到氨水中之后，氨水与酸酐键反应，生成酰胺与酸 铵。中间产物可以溶于水中，在加热的过程中，酰胺与相邻的酸铵反应，生成酰亚胺键。由 于茈酰亚胺在水中溶解性较差，所以茈酰亚胺在溶液中自组装成纤维状的物质。
[0019] 上述反应过程中，PTCDA与氨溶液中氨的质量比为I :0. 001~50,其中，PTCDA过 少则生成的纳米纤维较少；PTCDA量过多，反应结束后则有大量非纤维固体物质需要除去， 造成原料浪费。
[0020] PTCDA与氨溶液的反应温度为0~300°C，温度在0°C时即可完成反应，但是反应 速率较慢，反应速率随着反应温度的上升而增大，并且高温条件下，得到的纤维形貌相对平 滑，但反应温度高于30(TC在实验室不易实现。
[0021] 0~300°C的反应条件包括常温反应、冰水浴反应、加热回流、水热反应（优选为 100~300°C )、溶剂热反应（优选为沸点至300°C )等。
[0022] 茈酰亚胺纳米纤维能够均匀分散到水和甲醇等有机溶剂中，分散液浓度最大可以 到2g/L;当然，茈酰亚胺纳米纤维也能够溶解在乙醇、乙醚、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲 基乙酰胺中，但分散效果略微差一些；实验表明，当水与乙醇、乙醚、N，N-二甲基甲酰胺或 N，N-二甲基乙酰胺以一定比例混合后，可以提高茈酰亚胺纳米纤维的分散性能。
[0023] 实施例1
[0024] 配制质量浓度为25 %的氨水溶液；取20mgPTCDA加入到配制的氨水溶液中，使 PTCDA与氨水溶液中氨的质量比为1 :50,混合均匀；令混合溶液在140°C下加热回流反应 12h，得到茈酰亚胺纳米纤维溶液；将溶液浓缩，过滤，洗涤，冷冻干燥，得到茈酰亚胺纳米纤 维固体。
[0025] 实施例1的实验结果表示：
[0026] 如图1所示，实验结果与茈酰亚胺标准谱图非常接近，图中3400cm 1处有明显的芳 香族仲胺峰，1700cm 1处有较强的羰基峰，1600cm 1左右的峰为N-H的弯曲振动吸收峰；将 茈酰亚胺纳米纤维溶于水中，待其分散均匀。实物照片如图2所示，制备的茈酰亚胺纳米纤 维溶液在水中分散均一，无明显颗粒感。取溶液，进行透射电镜观察，所得形貌如图3a、3b 所示，由TEM可以看到，溶液中的纳米纤维形状均一，长度为几到几十微米，宽度50纳米左 右。将纳米纤维与银复合，TEM如图3c、3d所示，由该图中可以发现，银纳米颗粒可以较好 地分散到纳米纤维上，并且纳米纤维外残留的纳米银很少，说明纳米粒子对纳米纤维有很 好的吸附作用。另外，从图4固体紫外图中可以发现，茈酰亚胺纳米纤维具有很好的半导体 性能。
[0027] 实施例2
[0028] 设计10组平行实验，配制氨水溶液的质量浓度分别为0. 005%、0. 01 %、0. 05%、 0. 5%、1%、5%、10%、20%、25%，其余制备方法与实施例1相同。
[0029] 表1不同的氨水溶液浓度制得茈酰亚胺纳米纤维固体性能对照表
[0031] 由表1可知，当氨水的浓度为0. 01~25%时，所制得的茈酰亚胺纳米纤维的形貌 和分散性能良好，并且氨水浓度越高，所得纳米纤维形貌和分散性能越好，氨水浓度越低， 所得纳米纤维形貌和分散性能略差。
[0032] 实施例3
[0033] 设计8组平行实验，PTCDA与氨的质量比分别为：（1:0. 001)、（1:0. 005)、 (1:0.01)、（1:0. 1)、（1:1)、（1:10)、（1:20)、（1:50