[发明专利]一种萘基高反应活性石墨烯分散剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及石墨烯技术领域，特别涉及一种萘基高反应活性石墨烯分散剂及其制备方法和应用。其化学结构式如式(Ⅳ)所示：所述分散剂主要由萘二胺单元、硅羟基和烷基链三个部分组成。首先，萘二胺可以与石墨烯通过π‑π作用紧密结合；其次，硅羟基不仅可以使该分散剂溶于水和其他极性溶剂，还具有自交联反应活性。在很少的分散剂用量下，即可使石墨烯高浓度分散在水、乙醇等极性有机溶剂中。同时分散剂还可以作为高反应活性位点使石墨烯与其他材料相结合。因此，本发明具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，具体涉及一种萘基高反应活性石墨烯分散剂及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯是由sp²杂化碳原子相互连接形成的，具有单原子层厚度二维蜂窝状晶格结构的碳材料。具有高导热性(室温下3000-5000W/mk)，高导电性(室温下电子迁移率超过15000cm²/vs)，高比表面积(约2630m²·g^-1)。因此，石墨烯在柔性储能装置、传感器、半导体材料、药物载体等领域具有广阔的应用前景。

为了避免石墨烯粉体在掺杂到其他应用材料中时发生团聚沉降，可以通过共价键功能化或非共价键功能化对其进行改性，使其在片层之间产生静电排斥和空间位阻作用，达到将石墨烯剥离分散的目的。目前，通常采用相对简便易行的石墨烯分散剂作为辅助，以非共价键功能化的方式修饰石墨烯，进而提高石墨烯在溶剂中的分散性以及与其他基体材料的相容性。

现有的石墨烯分散剂有十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、阿拉伯胶、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等表面活性剂和高分子稳定剂；还有一些自合成的具有表面活性的诸多复杂有机小分子、高分子等类型。但是这些分散剂仍有许多局限性，一方面，分散剂的用量比较大，往往达到石墨质量的几倍、十几倍、甚至更高；另一方面，分散剂对石墨烯的分散能力有限，经过超声处理后，得到的分散液中石墨烯浓度通常小于0.5mg·mL^-1，分散性能不佳，极大地限制了其在实际中的应用。另外，分散剂最后一般会作为无效成分残留在石墨烯复合材料中，对材料的最终性能产生较大影响。

因此，设计出能在较低用量下实现石墨烯高浓度稳定分散的新型分散剂，对于石墨烯的实际应用具有重要意义。在此基础上，通过结构设计，赋予分散剂较高的反应活性，进而与其他基体材料发生共价交联反应，使分散剂在最终的复合材料中作为有用成分存在，则会进一步扩大该分散剂的应用前景，推动石墨烯的产业化发展。

发明内容

了解决上述问题，本发明设计合成了一种既对石墨烯具有很好的分散能力，又具有很高反应活性的分散剂。该分散剂不仅可以在水溶液中实现对石墨烯的高浓度分散，而且在醇溶液中仍然能保持高浓度稳定存在。

5-二氨基萘中的萘环作为与石墨烯平面进行π-π相互作用的共轭结构，通过增长二氨基萘的碳链，增多与硅烷偶联剂的反应位点，在水解后可以得到一个具有36个高反应活性硅羟基为端基，1个能与石墨烯发生较强π-π相互作用的萘环为共轭中心的分散剂分子。大量的硅羟基不仅给予了该分散剂将石墨烯分散在水和乙醇溶液中的可能性，也使其在后续的实际应用中更容易与基体材料进行交联反应。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种萘基高反应活性石墨烯分散剂，其化学结构式如式(Ⅳ)所示：

上述的一种萘基高反应活性石墨烯分散剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将1,5-二氨基萘与过量环氧氯丙烷溶解于溶剂中后，于80℃下回流反应24h，再进行旋蒸除杂，得到深棕色粘稠液体，结构式如式(Ⅰ)所示，

2)将(Ⅰ)通过水浴超声完全溶解于溶剂中，加入过量的乙二胺，80℃条件下回流反应24h，再进行旋蒸除杂，得到棕黄色的粘稠液体，结构式如(Ⅱ)所示。