CN115849344A - 同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯c60纳米棒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法，步骤为：将富勒烯C₆₀溶解在间二甲苯中，得到富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液；将H₂O、N,N‑二甲基甲酰胺、异丙醇混合得到富勒烯C₆₀的不良溶剂；向不良溶剂中加入富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液，然后向两种溶液的界面处加入异丙醇，此时溶液立刻变浑浊并有沉淀物出现，静置后沉淀物分层并分别集中在溶液的底部和上部，分离位于这两处不同位置的沉淀物，即得到两种不同尺寸的富勒烯C₆₀纳米棒。本发明通过对富勒烯溶液的浓度、添加液体的步骤等条件进行控制，成功制备得到了两种高质量的C₆₀纳米棒，具有制备方法简单、易于操作且效率高的特点。

Description

同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C60纳米棒的方法

技术领域

本发明属于富勒烯自组装结构的制备和开发领域，具体涉及一种同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法。

背景技术

富勒烯材料的器件的相关性能不仅与富勒烯的本征特性相关还与富勒烯的形貌密不可分，具有固定形貌的富勒烯结构如富勒烯纳米棒、富勒烯纳米管、富勒烯微米方块等结构被证实在光学、电学、电化学、纳米材料、生物医学、化学催化等方面都具有开发应用的潜力。因此，发展简便且有效的方法来制备高质量的富勒烯微纳米结构对于拓展和开发富勒烯的应用具有十分重要的作用。经过几十年的探究，目前制备富勒烯的方法有：液-液界面自组装、气-液固界面自组装、气-固界面自组装、真空固体界面自组装等。其中气-固界面自组装、真空固体界面自组装两种方法需要借助于复杂的仪器和设备过程等，不利于富勒烯材料的进一步利用。液-液界面自组装和气-液固界面自组装不依赖设备、制备过程简便且制备的富勒烯自组装结构形貌多样可调受到了研究者的广泛关注。其中，液-液界面法是将富勒烯C₆₀溶解于良溶剂中(如：甲苯、苯、四氯化碳和二硫化碳等)形成的富勒烯C₆₀溶液，随后将该溶液与富勒烯的不良溶剂(如：甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇等)形成界面，在界面上富勒烯分子呈现过饱和状态而成核和结晶。液-液界面法可以通过调控富勒烯良溶剂及不良溶剂的类型、富勒烯溶液的浓度、富勒烯溶液与不良溶剂的比例以及外界条件如光照、温度来有效调控富勒烯自组装结构的形貌。例如，利用甲苯、间二甲苯等试剂作为良溶剂时，富勒烯C₆₀趋向于形成一维的纳米棒或者纳米管结构，而利用四氯化碳作为良溶剂时C₆₀趋向于形成二维的纳米片状结构。

采用液-液界面法时，制备得到的一维纳米棒结构一般存在形貌尺寸不均一的情况，例如长度和直径的分布较广，不易于高精密器件的制备；液-液界面法的多数只能制备一种样品，限制了该方法的多样性。

发明内容

针对现有技术的不足，发明的目的是提供一种同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法，制备得到的两种富勒烯C₆₀纳米棒尺寸分布统一，有利于高精密纳米器件的制备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法，包括以下步骤：

(1)制备富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液，浓度为0.75-1.75mg/ml：将适量的富勒烯C₆₀粉末加入50ml的间二甲苯溶剂中，超声30分钟。

(2)制备混合的不良溶剂：将先H₂O、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇以1:1:1的体积比例混合，得到富勒烯C₆₀的不良溶剂。该不良溶剂中水与间二甲苯互不相溶，因此可以让不良溶剂与富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液在开始接触时形成分层状态；N,N-二甲基甲酰胺可以在一定程度上调控差溶剂的密度；异丙醇的主要作用是促进富勒烯纳米棒的生长。

(3)制备过程：将2ml的富勒烯C₆₀的不良溶剂加入到10ml的干净玻璃瓶中，再加入1ml的富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液，此时可以看到富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液与不良溶剂相互不溶解，在他们接触的位置处形成界面；随后在他们的界面处加入1ml的异丙醇，异丙醇能够与富勒烯溶液形成过饱和而促进富勒烯纳米棒的成核和生长，此时溶液立马变浑浊，有沉淀物出现，静置后沉淀物分层并分别集中在溶液的底部和上部，分离位于这两处不同位置的沉淀物，即得到两种不同尺寸的富勒烯C₆₀纳米棒。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明先分别配制富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液、混合的不良溶剂，然后将富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液加入至不良溶剂中，并在其界面处加入异丙醇，出现沉淀物后经静置分离得到两种不同尺寸的富勒烯C₆₀纳米棒。本发明通过对富勒烯溶液的浓度(富勒烯溶液的浓度过大或者过小都会使得分层失败或者只有一种结构，浓度过大富勒烯周围的异丙醇溶剂过少，富勒烯分子过于聚集，生长受阻容易只产生一种结构，而富勒烯浓度小使得后续持续生长的富勒烯分子变少不利于富勒烯的后续生长)、添加液体的步骤等条件进行控制，成功制备得到了两种高质量的C₆₀纳米棒，具有制备方法简单、易于操作且效率高的特点；且制备得到的两种富勒烯C₆₀纳米棒尺寸分布统一，有利于高精密纳米器件的制备。

附图说明

图1为本发明实施例1中同时制备两种不同尺寸的富勒烯C₆₀纳米棒的过程图；

图2为两种不同尺寸的富勒烯C₆₀纳米棒的在不同放大倍数下的SEM图；

图3为对比例1中制备富勒烯C₆₀纳米棒的过程图；

图4为对比例2中制备富勒烯C₆₀纳米棒的过程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

此外，以下实施例中的制备过程中如无特别说明的，均为本领域现有技术中的常规手段，因此，不再详细赘述；以下实验中所用原料均为市售产品，市购可得。

实施例

一种同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法，包括以下步骤：

(1)制备富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液：将62.5mg的富勒烯C₆₀粉末加入50ml的间二甲苯溶剂中，超声30分钟，得到富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液。

(2)制备混合的不良溶剂：将H₂O、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇以1:1:1体积比例混合，得到富勒烯C₆₀的不良溶剂。

(3)制备过程：将4ml的富勒烯C₆₀的不良溶剂加入到10ml的干净玻璃瓶中，再加入1ml的富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液，此时可以看到富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液与不良溶剂相互不溶解，在他们接触的位置处形成界面，如图1(a)。随后在他们的界面处加入1ml的异丙醇溶剂，此时溶液立马变浑浊，有沉淀物出现，如图1(b)；静置24h后沉淀物分层并分别集中在溶液的底部和上部，如图1(c)，分离位于这两处不同位置的沉淀物，即得到两种不同尺寸的富勒烯C₆₀纳米棒。

对这两种沉淀物进行形貌表征来分析两种沉淀物的差异以及形成机理，图2(a,b)是上层沉淀物的SEM图像，可看出上层沉淀物是一维的纳米棒结构，通过统计其平均直径为大约为230nm，长度为几十到几百微米。图2(c,d)是下层沉淀物的SEM图像，可看出下层沉淀物也是一维的纳米棒结构，但是其尺寸有所不同，通过统计其平均直径大约为986nm，平均长度大约为14.93μm。从这组数据可以分析出上层的纳米棒是细长型，而下层的沉淀物是粗短型。综上可知，通过本发明提供的方法成功的同时得到了两种不同尺寸的富勒烯C₆₀纳米棒，且这两种不同尺寸的富勒烯C₆₀纳米棒因自身结构的差异，分别聚集在反应溶液中不同的位置处，呈现自分离的状态，便于后续将其分别分离处理，制备过程简单，易于操作。

对比例1：

(1)制备富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液：将62.5mg的富勒烯C₆₀粉末加入50ml的间二甲苯溶剂中，超声30分钟，得到富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液。

(2)制备混合的不良溶剂：将H₂O、异丙醇以1:1体积比例混合，得到富勒烯C₆₀的不良溶剂。

(3)制备过程：将4ml的富勒烯C₆₀的不良溶剂加入到10ml的干净玻璃瓶中，再加入1ml的富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液，如图3(a)。随后在他们的界面处加入1ml的异丙醇溶剂，静置24h后沉淀物仅仅在溶液底部并不分层，上层有少量未组装的富勒烯溶液。

与实施例相比，对比例的区别在于：在不良溶剂中不加入N,N-二甲基甲酰胺。

对比例2

(1)制备富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液：将200mg的富勒烯C₆₀粉末加入50ml的间二甲苯溶剂中，超声30分钟，得到富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液。

(2)制备混合的不良溶剂：将H₂O、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇以1:1:1体积比例混合，得到富勒烯C₆₀的不良溶剂。

(3)制备过程：将4ml的富勒烯C₆₀的不良溶剂加入到10ml的干净玻璃瓶中，再加入1ml的富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液，此时可以看到富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液与不良溶剂相互不溶解，在他们接触的位置处形成界面，如图4(a)。随后在他们的界面处加入1ml的异丙醇溶剂，静置24h后沉淀物大部分集中在瓶底，未出现明显的分层现象。

与实施例相比，对比例的区别在于：富勒烯C₆₀的间二甲苯的浓度不同。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将富勒烯C₆₀溶解在间二甲苯中，得到富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液；所述富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液中富勒烯C₆₀的浓度为0.75-1.75mg/ml；

(2)将H₂O、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇混合得到富勒烯C₆₀的不良溶剂；

(3)向所述不良溶剂中加入富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液，由于富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液与不良溶剂互不相容，在他们接触的位置处形成界面；向界面处加入异丙醇，此时溶液立刻变浑浊并有沉淀物出现，静置后沉淀物分层并分别集中在溶液的底部和上部，分离位于这两处不同位置的沉淀物，即得到两种不同尺寸的富勒烯C₆₀纳米棒。

2.根据权利要求1所述的同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法，其特征在于：步骤(1)中，将富勒烯C₆₀溶解在间二甲苯中时，借助超声处理使富勒烯C₆₀在间二甲苯中分散均匀。

3.根据权利要求2所述的同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法，其特征在于：所述超声处理的时间为20-40分钟。

4.根据权利要求1所述的同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述富勒烯C₆₀的不良溶剂中H₂O、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇的体积比为1:1:1。

5.根据权利要求1所述的同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法，其特征在于：步骤(3)中，向所述不良溶剂中加入富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液时，不良溶剂与富勒烯C₆₀的间二甲苯溶液的体积比为2:1。

6.根据权利要求1所述的同时制备两种不同尺寸且自分离的富勒烯C₆₀纳米棒的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述静置的时间为12-48h。

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