本发明涉及光热转换材料,尤其涉及一种芳胺基共轭聚合物光热转换材料的制备方法和应用。
背景技术:
1、太阳能驱动的界面蒸发(sdie)技术于2014年(nat.commun.,2014,5,4449)首次提出。由于热局域效应,sdie能在较低的光照强度下实现较高的太阳能利用率,在海水淡化、杀菌消毒、污水处理和水电联产等方面具有巨大的开发潜力,是解决当下淡水资源短缺非常具有开发前景的技术方案。作为太阳能吸收器的核心部件,光热材料受到了相当大的关注。迄今为止,碳基材料、金属纳米颗粒、金属氧化物、生物质衍生物和聚合物半导体等材料陆续开发用于sdie技术的净化水生产中。
2、共轭微孔聚合物是一类经典的有机材料,不仅具有构筑基元丰富、合成策略多样、骨架结构可调性高和易于功能化修饰等有机材料的组成优势,在结构上还具有扩展的共轭体系,有利于π-π*电子跃迁,进而缩小带隙、拓宽光吸收范围。此外,多孔结构可以赋予材料较低的热导率。因此,共轭骨架和纳米通道的协同作用使共轭微孔聚合物成为sdie的新兴材料平台。但当前芳胺基共轭微孔聚合物光热材料的开发和太阳能界面蒸发应用非常有限。
技术实现思路
1、本发明提出一种芳胺基共轭微孔聚合物及其制备方法和应用。
2、芳胺基共轭微孔聚合物,如以下结构式1-5:
3、
4、
5、芳胺基共轭微孔聚合物的制备方法,其特征在于该聚合物是将溴代芳烃和芳基胺单体通过buchwald-hartwig偶联反应获得,具体包括以下步骤:
6、步骤1,将溴代芳烃和芳基胺单体、钯催化剂、有机配体、碱和溶剂依次加入耐高温的反应容器中,超声分散得反应溶液;
7、步骤2,将高纯氮气通入反应溶液中鼓泡除氧,密封、静置或搅拌状态加热反应得产物悬浊液,经过洗涤纯化,真空干燥得产物;
8、所述溴代芳烃为1,4-二溴苯、1,3,5-三溴苯、1,2,4,5-四溴苯、六溴苯或1,3,5-三(4-溴苯基)苯;
9、所述芳基胺为对苯二胺、联苯二胺、4,4'-二氨基三连苯、三(4-氨基苯基)胺或四(4-氨基苯基)甲烷;
10、溴代芳烃和芳基胺的投料摩尔比根据缩聚反应官能团数确定,使得溴代芳烃和芳基胺的官能团数相等;
11、所述催化剂为三(二亚苄基丙酮)二钯、双(二亚苄基丙酮)钯或醋酸钯,钯原子的物质的量为溴或胺反应官能团数的0.05-5%;
12、所述有机配体为2-二环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯或1,1'-联萘-2,2'-双二苯膦,其物质的量为钯的1.2-2.5倍;
13、所述碱为叔丁醇钠或叔丁醇钾,其物质的量为溴或胺反应官能团数的1.2-2.0倍;
14、所述溶剂为甲苯、1,4-二氧六环、n,n-二甲基甲酰胺或n-甲基吡咯烷酮;
15、所述溴代芳烃和芳基胺单体在溶剂中的反应浓度为0.02-0.3mol/l;
16、所述反应时间为12-96h,反应温度为80-150℃。
17、所述耐高温反应器为反应釜、schlenk管或耐高温烧瓶。
18、所述洗涤纯化步骤包括依次使用n,n-二甲基甲酰胺、热去离子水和热甲醇减压抽滤洗涤3-4次,以及甲醇索氏提取24-72h;所述真空干燥时间为8-24h,温度为45-100℃。
19、本发明所述的芳胺基共轭微孔聚合物应用于太阳能界面蒸发,实现有效的海水淡化和污水处理。
20、本发明基于buchwald-hartwig偶联反应原理,一步反应简单、高效地实现溴代芳烃与芳香胺的交叉偶联。所得聚合物通过“-c-nh-”连接,引入大量具有孤对电子的氮元素,提高了聚合物骨架的电荷分离性能,氮元素含量越高,材料的电荷分离越高、光学带隙越低、吸光性能越好、光热转换能力越高。
21、本发明的光热转换材料合成操作简单、材料结构易于调控,所得芳胺基聚合物光热转换材料在海水淡化、污水净化等太阳能界面蒸发技术应用领域中具有很好的应用前景和经济效益。
1.芳胺基共轭微孔聚合物,如以下结构式1-5:
2.芳胺基共轭微孔聚合物的制备方法,其特征在于该聚合物是将溴代芳烃和芳基胺单体通过buchwald-hartwig偶联反应获得,具体包括以下步骤:
3.如权利要求1所述的芳胺基共轭微孔聚合物,应用于太阳能界面蒸发。
4.如权利要求2所述的芳胺基共轭微孔聚合物的制备方法,其特征在于所述耐高温的反应容器为反应釜、schlenk管或耐高温烧瓶。
5.如权利要求2所述的芳胺基共轭微孔聚合物的制备方法,其特征在于所述洗涤纯化步骤包括依次使用n,n-二甲基甲酰胺、热去离子水和热甲醇减压抽滤洗涤3-4次,以及甲醇索氏提取24-72h;所述真空干燥时间为8-24h,温度为45-100℃。