一种螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯，见结构式(I)；还公开了该物质的制备方法：将螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯的制备方法，以含螺吡喃基团的丙烯酸酯和乙烯基单体为共聚单体，在有机溶剂中用引发剂引发，与氧化石墨烯进行共聚得到；含螺吡喃基团的丙烯酸酯见结构式(II)。本发明专利技术的氧化石墨烯具有良好的光致变色性能，热褪色稳定性强，在光信息存储、光开关等领域有着潜在的应用价值；该材料通过共价键连接螺吡喃光致变色基团和氧化石墨烯，在分子水平上是均相体系，也解决了螺吡喃和石墨烯材料出现的相分离的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石墨烯材料
，具体涉及一种螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯，还涉及该功能氧化石墨烯材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯已成为备受关注的焦点。但是结构完整的石墨烯不溶于水和其他有机溶剂，这给石墨烯的进一步研究和应用带来了困难。为了充分发挥石墨烯的优良性能，就必须对石墨烯进行功能化，通过引入特定的官能团，可以赋予石墨烯新的性质和功能，进一步扩展其应用价值。现在常通过化学氧化的方法得到氧化石墨烯，依靠氧化石墨烯上的含氧基团(如羟基、羧基、环氧基等)即可以方便的对其进行共价键功能化。除此之外，乙烯基单体还可以与石墨烯中的碳碳双键发生共聚合反应，形成聚合物修饰的石墨烯材料。光致变色是指一种化合物受一定波长光的照射，进行特定化学反应生成产物，其吸收光谱发生明显变化，在另一波长的光照下或热的作用下，又恢复到原来的形式。螺吡喃是一类研究相对较为广泛的光致变色化合物，但是小分子螺吡喃化合物在制造器件方面受到一定局限，将螺吡喃化合物制备为具有光致变色性能的复合材料在实际应用中具有明显优势。含螺吡喃结构的光致变色复合材料可简单的分为如下两类：一类是将光致变色螺吡喃化合物按一定比例物理混合在材料基质(如石墨烯等)中形成的光致变色复合材料，这一类在分子水平上属于非均相体系；另一类是通过共价键将光致变色螺吡喃基团连接在材料基质(如石墨烯等)上，这一类复合材料在分子水平上属于均相体系。尽管将螺吡喃类化合物物理混合在石墨烯基质材料中也可以得到具有光致变色性能的复合材料，但是会出现混合不均匀导致的化学成分不均匀，且由于两者在分子水平是非均相体系，缺乏通过化学键的牢固结合，在长期使用过程中会出现相分离等缺点。宋亚伟(宋亚伟，光响应性螺吡喃-苝二酰亚胺/石墨烯复合物的制备与表征，湖南大学硕士论文，2014年)制备了螺吡喃功能化的苝二酰亚胺，借助苝二酰亚胺与石墨烯之间较强的π-π吸附作用，得到了螺吡喃功能化的石墨烯。π-π吸附作用不属于共价键的范畴，π-π吸附作用力远小于共价键能量。专利技术专利《光响应性偶氮苯接枝石墨烯材料及其制备方法》(公开号101870467B，公开日2010-10-27)公开了一种光响应性偶氮苯接枝石墨烯材料及其制备方法，其通过具有酰氯基团的石墨烯材料与具有氨基的偶氮苯反应，得到光响应性偶氮苯接枝石墨烯材料。由于酰氯基团与氨基是按照活性官能团比例1:1发生酰胺化反应的，所以这一方法制备的偶氮苯接枝石墨烯材料中偶氮苯基团的含量调控性能较差，而偶氮苯光学材料中偶氮苯的含量对其性能影响较大。ShenJF等(ShenJF,HuYZ,LiC,etal.SynthesisofAmphiphilicGrapheneNanoplatelets[J].Small,2009,5:82-85.)将石墨烯氧化物用硼氢化钠还原，得到结构相对完整的石墨烯，然后在过氧化苯甲酰引发下，用苯乙烯和丙烯酰胺和石墨烯进行共聚，获得了聚苯乙烯-聚丙烯酰胺嵌段共聚物改性修饰的石墨烯。截至目前，未见用含有螺吡喃光致变色基团的丙烯酸酯与其他乙烯基单体和石墨烯或其衍生物进行共聚，制备含有螺吡喃光致变色基团的石墨烯功能材料的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯，其具有优异的光致变色性能，且热褪色稳定性较螺噁嗪单体有明显提高。本专利技术的另一个目的是提供上述螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯的制备方法，其通过共价键连接螺吡喃光致变色基团和氧化石墨烯，该材料在分子水平上是均相体系，也解决了螺吡喃和石墨烯材料出现的相分离的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯，其结构式如下：其中：GO为氧化石墨烯，p＝1-1000，x＝1-1000，y＝1-1000。其中，A为-H或-CH3，B为或本专利技术的另一个技术方案是，上述螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯的制备方法，以含螺吡喃基团的丙烯酸酯和乙烯基单体为共聚单体，在有机溶剂中用引发剂引发，与氧化石墨烯进行共聚得到；其中，含螺吡喃基团的丙烯酸酯结构式为具体包括以下步骤：步骤1，将氧化石墨烯分散于有机溶剂，得到氧化石墨烯溶液；然后在氮气保护下，在氧化石墨烯溶液加入含螺吡喃基团的丙烯酸酯、乙烯基单体、引发剂，得到混合溶液；其中，氧化石墨烯、含螺吡喃基团的丙烯酸酯、乙烯基单体、引发剂的质量比为1:(1～10):(1～100)：(0.01～10)。步骤2，在氮气保护下，将步骤1的混合溶液在搅拌条件进行回流。步骤3，回流结束后，将混合溶液冷却，然后加入甲醇，出现絮状物后，进行过滤；将0.2-0.3μm固体滤出物用步骤1使用的有机溶剂洗涤，干燥后剥离，即得粗产品。步骤4，将粗产品溶于四氢呋喃，再离心分离，收集上清液，对上清液进行过滤，将0.2-0.3μm固体滤出物用四氢呋喃洗涤，待干燥后剥离，即得所述螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯。本专利技术的特点还在于：优选地，步骤1中的乙烯基单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯中的一种或几种。优选地，步骤1的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或者二甲亚砜。优选地，步骤1中的引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈。优选地，步骤2中回流时间为2～12h。优选地，步骤3和步骤4中过滤均采用孔径为0.20～0.30μm的微孔滤膜。优选地，步骤4中离心的转速为4000～10000r/min，离心时间为60～180min。本专利技术的有益效果是，本专利技术以含螺吡喃基团的丙烯酸酯和其他乙烯基单体为共聚单体，在有机溶剂中用引发剂引发，与氧化石墨烯进行共聚反应，得到螺吡喃光致变色基团功能化修饰的氧化石墨烯材料，产品具有优良的光致变色性能。由于氧化石墨烯中含有的羟基(独立羟基或者羧基中的羟基)能够与光致变色螺吡喃开环体中的氧原子形成氢键，进一步延缓了螺吡喃开环体关环返回闭环体的速率，使其热褪色稳定性增强，在光信息存储、光开关等领域有着潜在的应用价值。该材料通过共价键连接，在分子水平上是均相体系，也解决了螺吡喃和石墨烯材料出现的相分离的问题。以含螺吡喃基团的丙烯酸酯和其他乙烯基单体共聚制备共价键和螺吡喃光致变色基团的氧化石墨烯材料，可以通过控制反应物比例，控制功能化石墨烯材料中螺吡喃基团含量，进而调整材料的性能。同时，控制其他乙烯基单体的加入(或加入量)，可以赋予功能化石墨烯材料良好的成膜性能，有利于实用。附图说明图1是氧化石墨烯的红外光谱图；图2是本专利技术螺吡喃光致变色基团修饰氧化石墨烯的红外光谱图；图3是氧化石墨烯和本专利技术螺吡喃光致变色基团修饰氧化石墨烯的紫外-可见光谱对比图；图4是本专利技术螺吡喃光致变色基团修饰氧化石墨烯光致变色褪色过程的紫外-可见光谱；图5是本专利技术螺吡喃光致变色基团修饰氧化石墨烯开环体结构。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术并不限于这些实施方式。本专利技术螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯的结构式如下：其中：GO为氧化石墨烯，p＝1-1000，x＝1-1000，y＝1-1000。其中，A为-H或-CH3，B为或该材料通过共价键将螺吡喃光致变色基团连接在石墨烯基质材料上，由于存在共价键的牢固结合，这样的复合材料分子水平上属于均相体系，具有化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯，其特征在于，其结构式如下：其中：GO为氧化石墨烯，p＝1‑1000，x＝1‑1000，y＝1‑1000。

【技术特征摘要】
1.一种螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯，其特征在于，其结构式如下：其中：GO为氧化石墨烯，p＝1-1000，x＝1-1000，y＝1-1000。2.根据权利要求1所述的螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯，其特征在于，A为-H或-CH3，B为3.如权利要求1所述的螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，以含螺吡喃基团的丙烯酸酯和乙烯基单体为共聚单体，在有机溶剂中用引发剂引发，与氧化石墨烯进行共聚得到；其中，所述含螺吡喃基团的丙烯酸酯结构式为4.如权利要求3所述的螺吡喃光致变色基团修饰的氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将氧化石墨烯溶于有机溶剂，得到氧化石墨烯溶液；然后在氮气保护下，在氧化石墨烯溶液加入含螺吡喃基团的丙烯酸酯、乙烯基单体、引发剂，得到混合溶液；其中，氧化石墨烯、含螺吡喃基团的丙烯酸酯、乙烯基单体、引发剂的质量比为1:(1～10):(1～100)：(0.01～10)；步骤2，在氮气保护下，将步骤1的混合溶液在搅拌条件下进行回流；步骤3，回流结束后，将混合溶液冷却，然后加入甲醇，出现絮状物后，进行过滤；将0.2-0.3μm固体滤出物用步骤1使用的有机溶剂洗涤，干燥后剥离，即得粗产品；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宾宾，
申请(专利权)人：陕西国防工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61