[發明專利]一種具有立體結構的取代石墨烷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811551608.8
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109851596B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 陳國華;陳松林;趙小敏;陳丹青;黃冷燊;黃雅竟
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: C07D307/52
• 分類號: C07D307/52;C07D307/44;C07D333/16;C07D333/20;C01B32/194
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;姜謐

本發明公開了一種具有立體結構的取代石墨烷材料，包括平面型的具有多個連續sp³雜化六元碳環的基材及通過D?A反應連接于該基材上的有機分子環。本發明所制備的取代石墨烷材料，是一種新的大分子。它是在平面型多個連續sp³雜化的六元碳環上鍵接有機分子形成的立體狀大分子結構。由于該立體結構大分子的基本結構，與傳統線型分子結構有較大的不同，它將具有許多與現有材料不同的性能，并且在很多性能上具有優勢。

技術領域

本發明屬于石墨烯材料技術領域，具體涉及一種具有立體結構的取代石墨烷材料及其制備方法。

背景技術

碳是人類接觸到的最早的元素之一，也是人類利用得最早的元素之一。碳原子的半徑較小，電子結構為1s²2s²2p²，其內層是球形的1s²軌道，外層的2s和2p軌道易于雜化成鍵，可形成穩定的單、雙和三鍵，這種多樣的成鍵方式，使它能夠形成鏈、環、網狀等結構等多種結構。

不同結構的碳材料可能具有不同的性能，從而具有不同的應用。1985年發現的C₆₀(碳60，巴基球)，是一種零維納米材料富勒烯，具有很好的光電特性。1991年發現的碳納米管是一種一維納米材料，它不但具有很好的電學性能，還具有優秀的力學性能。2004年發現的石墨稀，也具有光電、力學以及其它各類特性，正在各個領域發揮作用。如果將石墨烯上的不飽和共軛雙鍵通過添加氫原子而打開，則石墨烯上的sp2碳原子，轉變為sp3雜化，石墨烯也將轉變為石墨烷。目前有報導通過理論計算預測石墨烷的可能特性，但至今尚無有效的合成手段。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有立體結構的取代石墨烷材料。

本發明的另一目的在于提供上述具有立體結構的取代石墨烷材料的制備方法。

本發明的原理是利用D-A反應進行的。狄爾斯-阿爾德反應(Diels-Alderreaction)是共軛雙烯體系與烯或炔鍵發生環加成反應而得環己烯或1，4-環己二烯環系的反應。1928年德國化學家O.P.H.狄爾斯和K.阿爾德在研究丁二烯與順丁烯二酐作用時發現這類反應：在這類反應中，與共軛雙烯作用的烯烴和炔烴稱為親雙烯體，親雙烯體上的親電取代基和共軛雙烯上的給電子取代基都有使反應加速的作用。它的基本反應可以表示為圖1。根據D-A反應原理，石墨烯可以視為親雙烯體，它可以與共軛雙烯發生D-A反應。利用過量的共軛雙烯有機分子與還原氧化石墨烯反應，可以逐步使共軛雙烯鍵接到石墨烯平面上，打開石墨烯上的雙鍵，并鍵合到石墨烯的碳原子上。

本發明的技術方案如下：

一種具有立體結構的取代石墨烷材料，包括平面型的具有多個連續sp³雜化六元碳環的基材及通過D-A反應連接于該基材上的有機分子環。

在本發明的一個優選實施方案中，所述有機分子環為單一成環或多個連續成環。

在本發明的一個優選實施方案中，所述有機分子環分布于上所述基材的所在平面的一側。

在本發明的一個優選實施方案中，所述有機分子環分布于上所述基材的所在平面的兩側(如圖3所示)。

上述取代石墨烷材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將石墨烯材料與共軛雙烯體混合，在惰性氣體或氮氣氣氛下，加熱至共軛雙烯體可形成回流的溫度，回流反應6～8d；

(2)將步驟(1)所得的物料用溶劑進行除雜，并干燥除去溶劑后，即得所述取代石墨烷材料。

在本發明的一個優選實施方案中，所述共軛雙烯體包括2-呋喃甲胺、2-噻吩甲胺、2-呋喃甲醇和2-噻吩甲醇。

在本發明的一個優選實施方案中，所述溶劑為水、甲苯、丙酮和氯仿中的一種或兩種。