[发明专利]可溶性石墨炔衍生物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一类可溶性石墨炔衍生物及其制备方法和应用。本发明的产品相对于石墨炔在有机溶剂中的溶解性有极大改善。例如本发明的产品在二氯甲烷、氯苯、氮甲基吡咯烷酮(NMP)、四氢呋喃等极性有机溶剂中溶解性好，例如在氯苯中，产品浓度可高达5mg·ml^‑1，克服了石墨炔在溶液中难以分散或者溶解的问题，具有重大的应用价值。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一类可溶性石墨炔衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

石墨炔(graphdiyne，简称“GDY”)，由sp和sp2杂化形成的一种新型碳的同素异形体——1,3-二炔键将苯环共轭连接形成二维平面网络结构。自2010年李玉良院士课题组在国际上首次通过化学合成获得以来(G.X.Li,Y.L.Li,H.B.Liu,Y.B.Guo,Y.J.Li,D.B.Zhu,Chemical Communications 2010,46,3256)，石墨炔的基础和应用研究已取得了重要成果，在能量存储、催化、半导体器件领域得到了广泛的应用，并迅速成为了碳材料研究中的新领域(Y.J.Li,L.Xu,H.B.Liu,Y.L.Li,Chemical Society Reviews 2014,43,2572；Z.Y.Jia,Y.J.Li,Z.C.Zuo,H.B.Liu,C.S.Huang,Y.L.Li,Accounts of Chemical Research 2017,50,2470)。然而当下石墨炔的应用，多是通过原位合成(C.S.Huang,S.L.Zhang,H.B.Liu,Y.G.Li,G.L.Cui,Y.L.Li,Nano Energy 2015,11,481)或是超声粉碎(Z.W.Jin,Q.Zhou,Y.H.Chen,P.Mao,Li,H.H.B.Liu,J.Z.Wang,Y.L.Li,Advanced Materials 2017,28,3697)，抑或添加助溶物(S.L.Li,Y.H.Chen,H.B.Liu,Y.X.Wang,L.B.Liu,F.T.Lv,Y.L.Li,S.Wang,Chemistry of Materials 2017,29,6087)实现，和其它碳材料(富勒烯，碳纳米管，石墨烯)一样，在溶剂中难溶和难分散是制约其发展的关键因素。因此，制备可溶性石墨炔材料尤为重要，然而当下并没有相关研究和报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明的实施例提供一种如下式(I)所示的可溶性石墨炔衍生物，

其中，R₁选自无取代、或任选被一个、两个或多个Rs取代的如下基团：C_4-20烷基、C_4-20烷氧基；

Rs选自卤素、OH、NH₂、CN、NO₂、C_4-20烷基或C_4-20烷氧基；

n选自1以上的数；

其中，处表示连接位点。

优选地，所述R₁选自C_6-18直链或支链烷基；

n选自1-200的数。

还优选地，式(I)所示的可溶性石墨炔衍生物选自如下结构：

其中，x为6、12或18。

本发明的实施例还提如上式(I)所示可溶性石墨炔衍生物的制备方法，包括：将石墨炔与化合物N₃-R₁在铜(I)催化剂的存在下发生Husigen环加成反应得到，其中，化合物N₃-R₁中R₁具有如上所述定义。