石墨炔薄膜的制备方法和石墨炔薄膜技术

本发明专利技术公开了石墨炔薄膜的制备方法，以及通过该方法制备得到的石墨炔薄膜。该方法包括：(1)将催化剂与水混合，得到催化剂溶液；(2)将单体与有机溶剂混合，得到单体溶液，并向所述单体溶液中加入四丁基氟化铵，得到六炔基苯溶液；(3)将所述六炔基苯溶液、所述催化剂溶液和水混合，在惰性气体气氛和搅拌的作用下混合均匀得到混合液；(4)将所述混合液进行反应，并从反应产物中分离得到石墨炔薄膜。通过该方法可简单高效地得到高产量的石墨炔薄膜，易于工业化生产。

Preparation of graphene film and graphene film

【技术实现步骤摘要】
石墨炔薄膜的制备方法和石墨炔薄膜
本专利技术涉及石墨炔
，具体而言，本专利技术涉及石墨炔薄膜的制备方法，以及通过该方法制备得到的石墨炔薄膜。
技术介绍
石墨炔是由sp和sp2杂化碳原子组成的一种新型全碳材料，石墨炔相当于由炔键将苯环共轭连接，然后形成具有二维平面网络结构的全碳高分子。因此，石墨炔具有大量的碳化学键、大的共轭体系和宽面间距、且化学稳定性良好。第一性原理计算显示，对比于带隙能为零的石墨烯，石墨炔具有天然的带隙能。这种直接存在的带隙能使石墨炔能够直接实际应用于光电器件的制备中。石墨炔膜的电导率为2.52×10-4S·m-1，与硅的电导率非常接近，此外由于石墨炔特殊的电子结构，预期可广泛地应用于电子、半导体研究领域。石墨炔分子内18个碳原子围成的大三角孔隙结构，使多层堆积的石墨炔形成独特的孔道结构，研究发现锂离子穿过大三角孔隙的几乎是无能垒的。这无疑将大大方便锂离子在石墨炔中层间的自由扩散，从而使石墨炔材料在锂存储应用中具备优势。但是，目前化学方法合成的石墨炔产率较低，且生产成本较高，这限制了其大量生产，导致其应用领域受到限制。因而，现有的制备石墨炔的手段仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出石墨炔薄膜的制备方法。通过该方法可简单高效地得到高产量的石墨炔薄膜，易于工业化生产。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种石墨炔薄膜的制备方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)将催化剂与水混合，得到催化剂溶液；(2)将单体与有机溶剂混合，得到单体溶液，并向所述单体溶液中加入四丁基氟化铵，得到六炔基苯溶液；(3)将所述六炔基苯溶液、所述催化剂溶液和水混合，在惰性气体气氛和搅拌的作用下混合均匀得到混合液；(4)将所述混合液进行反应，并从反应产物中分离得到石墨炔薄膜；其中，所述单体为式(I)所示化合物，根据本专利技术实施例的制备石墨炔薄膜的方法，首先分别制备得到催化剂溶液和六炔基苯溶液，其中，催化剂溶液通过将催化剂溶于水即可得到；六炔基苯溶液可通过将三甲基硅基(TMS)保护的六炔基苯溶于有机溶剂中，再利用四丁基氟化铵(TBAF)脱除TMS制得。进一步地，通过将六炔基苯溶液、催化剂溶液和水混合，在惰性气体和搅拌的作用下，六炔基苯溶液(油相)可以以微小液滴的形成充分地分散在催化剂溶液(水相)中，在油相与水相之间形成无数个反应界面，使反应物在有限的反应空间里获得了巨大的反应界面，从而极大地提高了六炔基苯的利用率，缩短了反应时间，提高了石墨炔的产量。相对于现有的铜片法、化学气相沉积法等石墨炔制备方法，本专利技术的方法工艺简单易操作，无需使用高能耗或复杂的设备，易于控制，通过简单的操作即可高效地得到高产量的石墨炔，易于工业化生产。另外，表征实验证明，采用本专利技术的方法制备得到的石墨炔薄膜产品表面平整，结构有序。另外，根据本专利技术上述实施例的石墨炔薄膜的制备方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂包括金属盐和配体，所述金属盐为铜盐，所述配体为吡啶或吡啶衍生物。在本专利技术的一些实施例中，所述铜盐为醋酸铜或氯化二羟基-双四甲基亚乙基二胺铜，所述吡啶衍生物为选自联吡啶、聚乙烯基吡啶、聚合物键合型4-(二甲氨基)-吡啶中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂溶液中，所述铜盐的浓度为0.1～0.3mmol/L，所述吡啶或吡啶衍生物的浓度为5～8mol/L。在本专利技术的一些实施例中，所述有机溶剂为选自苯、甲苯、邻二氯苯、石油醚、乙酸乙酯、乙腈、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，所述单体溶液的浓度为3.6～10.8mg/mL。在本专利技术的一些实施例中，所述六炔基苯溶液的体积的V1，所述催化剂溶液和所述水的体积之和为V2，V1:V2＝(1～5):(5～9)。在本专利技术的一些实施例中，所述搅拌在800～1500rpm的转速下进行。在本专利技术的一些实施例中，所述反应进行的时间为1～8天。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种石墨炔薄膜。根据本专利技术的实施例，该石墨炔薄膜是由上述实施例的石墨炔薄膜的制备方法制备得到的。由此，该石墨炔薄膜具有制备方法简单高效，且表面平整，结构有序。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术实施例1制备的石墨炔的AFM图；图2是本专利技术实施例2制备的石墨炔的AFM图；图3是本专利技术实施例3制备的石墨炔的AFM图；图4是本专利技术实施例1制备的石墨炔的TEM图；图5是本专利技术实施例1制备的石墨炔的SEM图；图6是本专利技术实施例1制备的石墨炔的拉曼光谱图；图7是本专利技术实施例1制备的石墨炔的X射线光电子能谱图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。需要说明的是，本专利技术的方法制备得到的石墨炔薄膜产品具有膜状微观结构，在本文中，“石墨炔薄膜”有时也称为“石墨炔”。专利技术人在对石墨炔薄膜制备方法的研究中发现，现有的石墨炔化学合成方法仍停留在实验室水平。例如，专利CN101774570A公开了一种“铜片法”制备石墨炔的方法，该方法需要以铜片作为六炔基苯反应生成石墨炔的基底，这使得方法本身难以在工业上扩大生产，且产率极低(在20％左右)，更限制了其应用。鉴于此，在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种石墨炔薄膜的制备方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)将催化剂与水混合，得到催化剂溶液；(2)将单体与有机溶剂混合，得到单体溶液，并向所述单体溶液中加入四丁基氟化铵，得到六炔基苯溶液；(3)将所述六炔基苯溶液、所述催化剂溶液和水混合，在惰性气体气氛和搅拌的作用下混合均匀得到混合液；(4)将所述混合液进行反应，并从反应产物中分离得到石墨炔薄膜；其中，所述单体为式(I)所示化合物，根据本专利技术实施例的制备石墨炔薄膜的方法，首先分别制备得到催化剂溶液和六炔基苯溶液，其中，催化剂溶液通过将催化剂溶于水即可得到；六炔基苯溶液可通过将TMS保护的六炔基苯溶于有机溶剂中，再利用TBAF脱除TMS制得。进一步地，通过将六炔基苯溶液、催化剂溶液和水混合，在惰性气体和搅拌的作用下，六炔基苯溶液(油相)可以以微小液滴的形成充分地分散在催化剂溶液(水相)中，在油相与水相之间形成无数个反应界面，使反应物在有限的反应空间里获得了巨大的反应界面，从而极大地提高了六炔基苯的利用率，缩短了反应时间，提高了石墨炔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨炔薄膜的制备方法，其特征在于，包括：/n(1)将催化剂与水混合，得到催化剂溶液；/n(2)将单体与有机溶剂混合，得到单体溶液，并向所述单体溶液中加入四丁基氟化铵，得到六炔基苯溶液；/n(3)将所述六炔基苯溶液、所述催化剂溶液和水混合，在惰性气体气氛和搅拌的作用下混合均匀得到混合液；/n(4)将所述混合液进行反应，并从反应产物中分离得到石墨炔薄膜；/n其中，所述单体为式(I)所示化合物，/n

【技术特征摘要】
20181218 CN 20181154750881.一种石墨炔薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将催化剂与水混合，得到催化剂溶液；
(2)将单体与有机溶剂混合，得到单体溶液，并向所述单体溶液中加入四丁基氟化铵，得到六炔基苯溶液；
(3)将所述六炔基苯溶液、所述催化剂溶液和水混合，在惰性气体气氛和搅拌的作用下混合均匀得到混合液；
(4)将所述混合液进行反应，并从反应产物中分离得到石墨炔薄膜；
其中，所述单体为式(I)所示化合物，





2.根据权利要求1所述的石墨炔薄膜的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括金属盐和配体，所述金属盐为铜盐，所述配体为吡啶或吡啶衍生物。


3.根据权利要求2所述的石墨炔薄膜的制备方法，其特征在于，所述铜盐为醋酸铜或氯化二羟基-双四甲基亚乙基二胺铜，所述吡啶衍生物为选自联吡啶、聚乙烯基吡啶、聚合物键合型4-(二甲氨基)-吡啶中的至少之一。


4.根据权利要求2或3所述的石墨炔薄膜的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志波，赵英杰，王丹博，阚晓楠，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37