[发明专利]一种化学键接有聚炔衍生物的石墨烯杂化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，涉及一种新型化学键接有聚炔衍生物的石墨烯杂化材料的制备方法。

背景技术

自石墨烯于2004年被发现以来。有关石墨烯及其杂化材料的研究报道呈指数增长。研究取得了较大进步。二维片状石墨烯具有独特的二维结构，赋予了它优异的性能。石墨烯具有极高的机械强度(130GPa)、电学和热学性能，将其与聚合物杂化后可得到密度小、易加工的新材料。

20世纪50年代以来，人们已经合成了各种各样的聚炔衍生物，诸如聚异氰酸酯，聚硅烷，聚甲基丙烯酸酯、聚胍、聚烯烃和聚乙炔衍生物类等聚合物这类聚合物具有显著的光学活性。表现出普通聚合物所不具备的一些特点，如较强的光学活性，手性放大效应等，因此它们在手性识别、手性分离以及手性催化等领域有着巨大的潜力和广泛的应用前景。而另一类聚炔衍生物虽不具有光学活性，但仍然能显著提高石墨烯的分散性，极大地改善石墨烯材料的加工性能。

本发明将聚炔衍生物和石墨烯以化学键相连接，制备得到杂化材料，一方面可以获得一类新型的化学键接有聚炔衍生物的石墨烯杂化材料，另一方面也大大地提高了石墨烯的分散性，极大地改善了石墨烯的加工性能，为功能化石墨烯杂化材料的应用提供了有效的途径。

发明内容

针对化学键接有聚炔衍生物的石墨烯杂化材料的应用前景，本发明的目的是提供一种制备化学键接有聚炔衍生物的石墨烯杂化材料的方法，该方法通过表面带三键的炔基化石墨烯和取代乙炔单体进行聚合，利用溶液聚合法制备功能化石墨烯杂化材料，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应用性能。

本发明通过以下技术方案实现：设计合成一种新型制备化学键接有聚炔衍生物的石墨烯杂化材料，包括以下步骤：

1、首先利用改性Hummers法，制备氧化石墨烯(GO)。

2、中间体表面带三键的炔基化石墨烯的制备，具体作过程如下：

称取GO和炔单体分散于有机溶剂中，然后用注射器加入催化剂DMAP和DCC，0℃～80℃恒温搅拌反应，反应结束后将产物离心、抽滤，干燥24小时到48小时。

本发明还涉及一种化学键接有聚炔衍生物的石墨烯杂化材料的制备，具体过程如下：

(1)、将M_GO分散于有机溶剂中，超声10分钟～5小时；

(2)、将M1单体加入上述溶液中，搅拌5分钟；

(3)、将铑催化剂，逐滴滴加入分散液中，搅拌；保持温度在0℃～100℃，恒温反应1小时～10小时，产物经离心、抽滤，干燥24小时到48小时，即可得到化学键接有聚炔衍生物的石墨烯杂化材料。

具体参数可做如下调整：

GO和炔单体质量比为2:1～10:1。

DMAP与DCC的质量比为1:10。

M_GO和M1的质量比为2:1～10:1。

有机溶剂：四氢呋喃、无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺中的一种。

所述的单体M1为以下结构式之一：

其中R₁～R₅为以下结构之一：

催化剂的用量：催化剂与单体M1的摩尔比为1:500～1:50。

反应温度：0～100℃。

反应时间：1小时～10小时。

搅拌转速：50～1000rpm。

离心转速：7000～20000rpm。

得到上述聚合物杂化材料以后进行表征，用红外(FT-IR)表征其结构，用紫外—可见光谱(UV-vis)测定其聚合物的螺旋结构，用原子力显微镜(AFM)测试其表面厚度变化，用XPS测试其表面组成，用TGA测试杂化材料中聚合物的含量。

测试结果表明，在合适的条件下，可以得到化学键接有聚炔衍生物的石墨烯杂化材料。该杂化材料中聚炔衍生物具有规整的螺旋结构，而且石墨烯的分散性也得到极大地提高，使其具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是炔基化石墨烯和聚合物杂化材料的红外谱图(FT-IR)。

图2是聚合物杂化材料的圆二色谱图(CD)。

图3是聚合物杂化材料的透射电镜图(TEM)。

图4是聚合物杂化材料的热重分析图(TGA)。

图5是聚合物杂化材料的表面元素分析图(XPS)。

图6是聚合物杂化材料的分散性对比图。

具体实施方式