[发明专利]一种双芘基苯甲酸聚醚脂双亲试剂的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种化学试剂的制备方法，特别是一种双芘基苯甲酸聚醚脂双亲试剂的方法。

背景技术

2010年诺贝尔物理学奖揭晓，英国曼彻斯特大学2位科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov因在二维空间材料石墨烯方面的开创性实验而获奖，由此掀开了石墨烯研究的热潮[1]。严格意义上的石墨烯是一种单原子层二维共轭结构的新型碳素材料，其理论的比表面积高达2630m2/g。科学家们认为此种单原子层的特殊形貌可以使石墨烯在未来的光电设备中大展身手。然而，石墨烯较高的层间吸引力引起了层间的堆垛而使其团聚。与碳纳米管相似，通过共价键或者非共价键修饰的方法来克服石墨烯难以分散的问题[2]。

与共价键官能团修饰法相比，非共价键修饰法一般通过π-π堆积、静电作用或者氢键作用使石墨烯在其电子结构和微观形貌在几乎无损的情况下实现剥离，并且此类方法制备出的石墨烯能稳定的存在于水相或油相体系中。石墨烯中的碳原子以高度离域的π电子与稠芳环的大π共轭结构相互作用实现石墨烯的分散，此方法是石墨烯非共价键修饰中研究最为普遍的方法之一。芘基化合物是近两年来被发现用来作为石墨烯分散与制备效果较好的试剂。如Dong-woo等人[3]通过改性四芘基聚醚以石墨为原料制备出选择性石墨烯溶液。又如Liu等人[4]利用可逆加成-断裂链转移聚合反应(RAFT)合成制备了温度可控石墨烯溶液和石墨烯-聚合物复合材料，该石墨烯溶液和石墨烯-聚合物复合材料在小于24℃条件下可形成稳定溶液，而超过24℃则形成非稳定溶液。相比于单芘基聚醚酯四芘基聚醚酯与石墨烯的π-π作用更为强烈，制备出的分散液能够经受1300rpm的离心速度，但是由于合成四芘基聚醚酯所用的试剂较为昂贵、合成步骤较为繁琐以及中间产物的提纯也较为困难，故合理的设计并合成出该类聚合物改性的稠芳环有机物是π-π键作用制备石墨烯（溶液）的关键和难题。

发明内容

本发明所要解决的技术难题是，克服现有技术在石墨烯制备过程中，石墨烯结构易被破坏和石墨烯液相分散体系稳定性差的问题，提供一种用于分散石墨烯的双亲试剂的制备方法。本发明方法合成出聚醚改性的二芘基化合物中的合成步骤，比合成四芘基聚醚酯减少了一半，且与四芘基聚醚酯对石墨烯的分散效果比较无太大差异。

本发明的技术解决方案是，具体制备步骤如下：

将8-12g聚乙二醇单甲醚和一定量的对氨基苯甲酸溶解于溶剂S1中，将上述溶液转移到100mL圆底烧瓶中，然后向其中加入1.00mL浓硫酸，生成沉淀，加热回流30分钟。然后将反应混合物转入250mL烧杯中，缓慢加入10%碳酸钠溶液至pH≈9，抽滤，洗涤，用乙醚萃取两次，提纯得到中间产物A。将3g的中间产物A，40ml水、40％ 20mmolHBr和一定量的30％H2O2室温混合均匀，提纯得到中间产物B。将1.00g的中间产物B和一定量的1-硼酸芘溶解于溶剂THF中，向其中加入40ml的Na2CO3水溶液。然后再向其中加入0.10g的四（三苯基膦）钯，在氮气氛下将混合物剧烈搅拌，加热回流24小时，混合物分层，将水相层用二氯甲烷清洗两遍，提纯得到双芘基苯甲酸聚醚脂双亲试剂。

所述的聚乙二醇单甲醚的分子量为400~2000，优选为550~1500，更优选为750~1000。

所述的溶剂S1为氯仿、DMF、THF和NMP中的一种或者几种。

所述的步骤1）中聚乙二醇单醚和对氨基苯甲酸的投料摩尔比为1：1~1.5；HBr和H2O2的投料摩尔比为1：1~1.2；产物B和1-硼酸芘的投料摩尔比为1:2~4。

本发明与现有技术相比，所具备的优点是：

（1）合成双芘基苯甲酸聚醚脂双亲试剂的原料来源广泛，与合成四芘基聚醚酯相比步骤减少近一半，且合成中间产物易于提纯；

（2）合成出的双芘基苯甲酸聚醚脂双亲试剂用量很小，约为石墨烯摩尔用量的1/500~1/1000。

（3）合成的双芘基苯甲酸聚醚脂双亲试剂可以直接用于石墨烯的剥离，无需繁琐的氧化还原步骤，且在剥离的过程中无需牺牲石墨烯的结构和电性能换取其在水中的分散性。

附图说明

附图为本发明实施例的反应流程图。

图中标号：A-中间产物，B-中间产物，C- 双芘基苯甲酸聚醚酯。

具体实施方式

实施例1