一种具有立体结构的取代石墨烷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有立体结构的取代石墨烷材料，包括平面型的具有多个连续sp

A Substituted Graphite Material with Three-dimensional Structure and Its Preparation Method

The invention discloses a substituted graphane material with a three-dimensional structure, including a planar type with a plurality of continuous sps.

【技术实现步骤摘要】
一种具有立体结构的取代石墨烷材料及其制备方法
本专利技术属于石墨烯材料
，具体涉及一种具有立体结构的取代石墨烷材料及其制备方法。
技术介绍
碳是人类接触到的最早的元素之一，也是人类利用得最早的元素之一。碳原子的半径较小，电子结构为1s22s22p2，其内层是球形的1s2轨道，外层的2s和2p轨道易于杂化成键，可形成稳定的单、双和三键，这种多样的成键方式，使它能够形成链、环、网状等结构等多种结构。不同结构的碳材料可能具有不同的性能，从而具有不同的应用。1985年发现的C60(碳60，巴基球)，是一种零维纳米材料富勒烯，具有很好的光电特性。1991年发现的碳纳米管是一种一维纳米材料，它不但具有很好的电学性能，还具有优秀的力学性能。2004年发现的石墨稀，也具有光电、力学以及其它各类特性，正在各个领域发挥作用。如果将石墨烯上的不饱和共轭双键通过添加氢原子而打开，则石墨烯上的sp2碳原子，转变为sp3杂化，石墨烯也将转变为石墨烷。目前有报导通过理论计算预测石墨烷的可能特性，但至今尚无有效的合成手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有立体结构的取代石墨烷材料。本专利技术的另一目的在于提供上述具有立体结构的取代石墨烷材料的制备方法。本专利技术的原理是利用D-A反应进行的。狄尔斯-阿尔德反应(Diels-Alderreaction)是共轭双烯体系与烯或炔键发生环加成反应而得环己烯或1，4-环己二烯环系的反应。1928年德国化学家O.P.H.狄尔斯和K.阿尔德在研究丁二烯与顺丁烯二酐作用时发现这类反应：在这类反应中，与共轭双烯作用的烯烃和炔烃称为亲双烯体，亲双烯体上的亲电取代基和共轭双烯上的给电子取代基都有使反应加速的作用。它的基本反应可以表示为图1。根据D-A反应原理，石墨烯可以视为亲双烯体，它可以与共轭双烯发生D-A反应。利用过量的共轭双烯有机分子与还原氧化石墨烯反应，可以逐步使共轭双烯键接到石墨烯平面上，打开石墨烯上的双键，并键合到石墨烯的碳原子上。本专利技术的技术方案如下：一种具有立体结构的取代石墨烷材料，包括平面型的具有多个连续sp3杂化六元碳环的基材及通过D-A反应连接于该基材上的有机分子环。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述有机分子环为单一成环或多个连续成环。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述有机分子环分布于上所述基材的所在平面的一侧。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述有机分子环分布于上所述基材的所在平面的两侧(如图3所示)。上述取代石墨烷材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将石墨烯材料与共轭双烯体混合，在惰性气体或氮气气氛下，加热至共轭双烯体可形成回流的温度，回流反应6～8d；(2)将步骤(1)所得的物料用溶剂进行除杂，并干燥除去溶剂后，即得所述取代石墨烷材料。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述共轭双烯体包括2-呋喃甲胺、2-噻吩甲胺、2-呋喃甲醇和2-噻吩甲醇。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述溶剂为水、甲苯、丙酮和氯仿中的一种或两种。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述惰性气体为氩气。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述石墨烯材料为还原氧化石墨烯或机械剥离石墨烯。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述回流反应的温度为80～150℃。本专利技术的有益效果是：本专利技术所制备的取代石墨烷材料，是一种新的大分子。它是在平面型多个连续sp3杂化的六元碳环上键接有机分子形成的立体状大分子结构。由于该立体结构大分子的基本结构，与传统线型分子结构有较大的不同，它将具有许多与现有材料不同的性能，并且在很多性能上具有优势。如石墨烯与呋喃甲胺反应得到的立体结构大分子具有良好的溶解性能，能溶解在乙醇、甲苯、丙酮、四氢呋喃、氯仿、环己酮等有机溶剂中，也可以溶解在甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、聚多元酸、环氧预聚物等高分子单体中；它可以成膜，在水表面形成一层透明的薄膜，并有一定的韧性(参见图4)，等等。通过TEM选取衍射表明，所制备的产品，已经不存在原来石墨烯的衍射环(参见图5)，说明原石墨烯的规则二维晶体结构消失，转变为石墨烷的非共轭结构了。通过核磁氢谱、碳谱表明，所制备的产品上出现新生成的sp3C的亚甲基和次甲基(参见图6、7)，说明呋喃甲胺通过D-A反应接枝到平面型多个连续sp3杂化的六元碳环上。附图说明图1为D-A反应的示意图。图2为本专利技术中的取代石墨烷材料的结构概念示意图。图3为本专利技术中石墨烯与共轭双烯(呋喃甲胺)反应示意图(RGO为还原氧化石墨烯，Graphanes为取代石墨烷)。图4为本专利技术的取代石墨烷材料的成膜示意图。图5为本专利技术的取代石墨烷材料的TEM和电子衍射图(不出现晶格结构的特征图)。图6为本专利技术的取代石墨烷材料的核磁氢谱图。图7为本专利技术的取代石墨烷材料的核磁碳谱谱。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例11.称取2g8000目石墨粉，12g高锰酸钾，100mL浓硫酸2.将2g石墨粉和100mL浓硫酸加入到500mL烧杯中，冰浴中加入高锰酸钾，冰浴半小时，35℃保温2h，然后缓慢加入150mL蒸馏水，待到室温加入双氧水3.抽滤4.用5％稀盐酸和蒸馏水分别离心5.冷冻干燥得到GO(氧化石墨烯)6.取0.05gGO用高频超声在300mL去离子水中分散均匀，再取15gVC(抗坏血酸)溶解7.分散均匀后，放在80℃烘箱中4h8.冷却至室温，过滤，用去离子水洗涤，直至洗去残余的物质，真空干燥9.取0.05gRGO、4mL2-呋喃甲胺于三口烧瓶中10.80℃油浴、磁力搅拌、常压通氮气置换空气，反应7d11.取出加入20mL甲苯和100mL去离子水，除去去离子水在加入100mL去离子水在除去重复三次，得甲苯和样品的混合物12.混合物烘干(45℃、真空)6h打开烘箱，重复4次，然后冷冻干燥48h得到如图2所示的样品实施例21.称取2g8000目石墨粉，12g高锰酸钾，100mL浓硫酸2.将2g石墨粉和100mL浓硫酸加入到500mL烧杯中，冰浴中加入高锰酸钾，冰浴半小时，35℃保温2h，然后缓慢加入150mL蒸馏水，待到室温加入双氧水3.抽滤4.用5％稀盐酸和蒸馏水分别离心5.冷冻干燥得到GO(氧化石墨烯)6.取0.05gGO用高频超声在300mL去离子水中分散均匀，再取15gVC(抗坏血酸)溶解7.分散均匀后，放在80℃烘箱中4h8.冷却至室温，过滤，用去离子水洗涤，直至洗去残余的物质，真空干燥9.取0.05gRGO、4mL2-呋喃甲醇于三口烧瓶中10.130℃油浴、磁力搅拌、常压通氮气置换空气，反应7d11.取出加入20mL甲苯和100mL去离子水，除去去离子水在加入100mL去离子水在除去重复三次，得甲苯和样品的混合物12.混合物烘干(45℃、真空)6h打开烘箱，重复4次，然后冷冻干燥48h得到如图2所示的样品实施例31.称取2g8000目石墨粉，12g高锰酸钾，100mL浓硫酸2.将2g石墨粉和100mL浓硫酸加入到500mL烧杯中，冰浴中加入高锰酸钾，冰浴半小时，35℃保温2h，然后缓慢加入150mL蒸馏水，待到室温加入双氧水3.抽滤4.用5％稀盐酸和蒸馏水分别离心5.冷冻干燥得到GO(氧化石墨烯)6.取0.05gGO用高频超声在300mL去离子水中分散均匀，再取15g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有立体结构的取代石墨烷材料，其特征在于：包括平面型的具有多个连续sp

【技术特征摘要】
2018.09.06 CN 20181103682871.一种具有立体结构的取代石墨烷材料，其特征在于：包括平面型的具有多个连续sp3杂化六元碳环的基材及通过D-A反应连接于该基材上的有机分子环。2.如权利要求1所述的取代石墨烷材料，其特征在于：所述有机分子环为单一成环或多个连续成环。3.如权利要求1所述的取代石墨烷材料，其特征在于：所述有机分子环分布于上所述基材的所在平面的一侧。4.如权利要求1所述的取代石墨烷材料，其特征在于：所述有机分子环分布于上所述基材的所在平面的两侧。5.一种权利要求1至4中任一权利要求所述的取代石墨烷材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国华，陈松林，赵小敏，陈丹青，黄冷燊，黄雅竟，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35