[發明專利]一種化學鍵接有聚炔衍生物的石墨烯雜化材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410225614.X
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN103980426B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 鄧建平;李衛飛;楊萬泰;黃驊雋;張海洋
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08F238/00
• 分類號: C08F238/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于功能高分子材料領域，涉及一種新型化學鍵接有聚炔衍生物的石墨烯雜化材料的制備方法。

背景技術

自石墨烯于2004年被發現以來。有關石墨烯及其雜化材料的研究報道呈指數增長。研究取得了較大進步。二維片狀石墨烯具有獨特的二維結構，賦予了它優異的性能。石墨烯具有極高的機械強度(130GPa)、電學和熱學性能，將其與聚合物雜化后可得到密度小、易加工的新材料。

20世紀50年代以來，人們已經合成了各種各樣的聚炔衍生物，諸如聚異氰酸酯，聚硅烷，聚甲基丙烯酸酯、聚胍、聚烯烴和聚乙炔衍生物類等聚合物這類聚合物具有顯著的光學活性。表現出普通聚合物所不具備的一些特點，如較強的光學活性，手性放大效應等，因此它們在手性識別、手性分離以及手性催化等領域有著巨大的潛力和廣泛的應用前景。而另一類聚炔衍生物雖不具有光學活性，但仍然能顯著提高石墨烯的分散性，極大地改善石墨烯材料的加工性能。

本發明將聚炔衍生物和石墨烯以化學鍵相連接，制備得到雜化材料，一方面可以獲得一類新型的化學鍵接有聚炔衍生物的石墨烯雜化材料，另一方面也大大地提高了石墨烯的分散性，極大地改善了石墨烯的加工性能，為功能化石墨烯雜化材料的應用提供了有效的途徑。

發明內容

針對化學鍵接有聚炔衍生物的石墨烯雜化材料的應用前景，本發明的目的是提供一種制備化學鍵接有聚炔衍生物的石墨烯雜化材料的方法，該方法通過表面帶三鍵的炔基化石墨烯和取代乙炔單體進行聚合，利用溶液聚合法制備功能化石墨烯雜化材料，得到的功能化石墨烯具有良好的分散性和加工性能，大大提高了石墨烯的應用性能。

本發明通過以下技術方案實現：設計合成一種新型制備化學鍵接有聚炔衍生物的石墨烯雜化材料，包括以下步驟：

1、首先利用改性Hummers法，制備氧化石墨烯(GO)。

2、中間體表面帶三鍵的炔基化石墨烯的制備，具體作過程如下：

稱取GO和炔單體分散于有機溶劑中，然后用注射器加入催化劑DMAP和DCC，0℃～80℃恒溫攪拌反應，反應結束后將產物離心、抽濾，干燥24小時到48小時。

本發明還涉及一種化學鍵接有聚炔衍生物的石墨烯雜化材料的制備，具體過程如下：

(1)、將M_GO分散于有機溶劑中，超聲10分鐘～5小時；

(2)、將M1單體加入上述溶液中，攪拌5分鐘；

(3)、將銠催化劑，逐滴滴加入分散液中，攪拌；保持溫度在0℃～100℃，恒溫反應1小時～10小時，產物經離心、抽濾，干燥24小時到48小時，即可得到化學鍵接有聚炔衍生物的石墨烯雜化材料。

具體參數可做如下調整：

GO和炔單體質量比為2:1～10:1。

DMAP與DCC的質量比為1:10。

M_GO和M1的質量比為2:1～10:1。

有機溶劑：四氫呋喃、無水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺中的一種。

所述的單體M1為以下結構式之一：

其中R₁～R₅為以下結構之一：

催化劑的用量：催化劑與單體M1的摩爾比為1:500～1:50。

反應溫度：0～100℃。

反應時間：1小時～10小時。

攪拌轉速：50～1000rpm。

離心轉速：7000～20000rpm。

得到上述聚合物雜化材料以后進行表征，用紅外(FT-IR)表征其結構，用紫外—可見光譜(UV-vis)測定其聚合物的螺旋結構，用原子力顯微鏡(AFM)測試其表面厚度變化，用XPS測試其表面組成，用TGA測試雜化材料中聚合物的含量。

測試結果表明，在合適的條件下，可以得到化學鍵接有聚炔衍生物的石墨烯雜化材料。該雜化材料中聚炔衍生物具有規整的螺旋結構，而且石墨烯的分散性也得到極大地提高，使其具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1是炔基化石墨烯和聚合物雜化材料的紅外譜圖(FT-IR)。

圖2是聚合物雜化材料的圓二色譜圖(CD)。

圖3是聚合物雜化材料的透射電鏡圖(TEM)。

圖4是聚合物雜化材料的熱重分析圖(TGA)。

圖5是聚合物雜化材料的表面元素分析圖(XPS)。

圖6是聚合物雜化材料的分散性對比圖。

具體實施方式