一种新型荧光石墨烯纳米带的合成方法技术

本发明专利技术提供一种基于“自下而上”的液相方法合成了具有荧光发射的石墨烯纳米带，该合成方法使用芘荧光基团进行原位取代掉化合物I中的溴基得到化合物II，再将得到的化合物II进行环化去氢得到最终产物化合物III，即具有荧光的石墨烯纳米带。该方案可以实现结构精确的石墨烯纳米带克数量级制备和边缘芘荧光基团原位修饰，同时边缘还交替具有十二烷基碳链，使其在液相中具有良好分散性和长时间稳定性。该荧光型石墨烯纳米带的良好的分散性和可操作性，为石墨烯纳米带的潜在应用提供了新的机会。会。会。

【技术实现步骤摘要】
一种新型荧光石墨烯纳米带的合成方法


[0001]本专利技术涉及材料制备领域，具体涉及一种荧光型石墨烯纳米带的合成方法。

技术介绍

[0002]石墨烯(Graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。可是，由于其带隙消失，石墨烯不适用于许多电子应用，如场效应晶体管(FET)和光伏器件，为了在石墨烯中形成带隙，可以利用量子限域。因此，自下而上合成的纳米宽的石墨烯带拥有一个非零带隙，即石墨烯纳米带，可以通过改变其边缘结构和条带宽度调节其带隙宽度。与“自上而下”的制备和表面辅助的自下向上制备方法相比，通过液相“自下而上”化学方法合成可以实现结构精确的石墨烯纳米带克数量级制备和边缘修饰，使其在液相中具有良好分散性和长时间稳定性，赋予其新的电子、光学和磁性性能。
[0003]基于此，本专利技术基于“自下而上”的液相方法首次合成了一种具有荧光的石墨烯纳米带，具有良好的分散性和可操作性，单次制备的石墨烯纳米带样品的质量可达到克数量级，为石墨烯纳米带的大规模生产及潜在应用提供了新的机会。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有荧光发射的石墨烯纳米带的合成方法，所述合成方法包括：
[0005]S1：提供化合物I，化合物I的分子式如下：
[0006][0007]将所述化合物I和芘硼酸频哪醇酯、甲苯以及去离子水加入到反应容器中混合均匀，加入碳酸钾，得到第一溶液，继续搅拌，惰性气体保护下，去气后快速向所述第一溶液中加入甲基三辛基氯化铵和催化剂得到第一混合液，惰性气体保护下加热反应至少24小时，反应完毕，收集有机相，经过后处理得到褐色固体化合物II，所述化合物II的分子式如下：
[0008][0009]S2：在反应容器中加入所述化合物II、二氯甲烷得到第二混合液，去气，然后取FeCl3溶于CH3NO2中，在惰性气体氛围下滴加在所述第二混合液中，搅拌，在室温下持续通入惰性气体鼓泡至少3天，反应完毕，经过后处理得到黑色固体化合物III，所述化合物III的分子式如下：
[0010][0011]所述化合物III为具有荧光发射的石墨烯纳米带，
[0012]式I、II、III中，R为所在苯环上的一个取代基，所述取代基选自：H、 OH、芳烷氧基、取代芳烷氧基基、直链烷氧基、支链烷氧基、环状烷氧基、含杂烷氧基、不饱和烷氧基或酯基中的一种。
[0013]在其中一个实施例中，所述芘硼酸频哪醇酯与所述化合物I的摩尔比为 1.1
‑
10，所述甲基三辛基氯化铵与所述化合物I的摩尔比为0.03
‑
0.15，所述碳酸钾与所述化合物I的摩尔比为5
‑
10。
[0014]在其中一个实施例中，所述第一溶液中，所述甲苯与去离子水的体积比为2
‑
3，所述碳酸钾的浓度为1
‑
3M。
[0015]在其中一个实施例中，步骤S1所述反应温度为100
‑
130℃，反应时间为 36
‑
72小时。
[0016]在其中一个实施例中，步骤S2所述反应溶剂为无水二氯甲烷和无水 CH3NO2。
[0017]在其中一个实施例中，所述催化剂为Pd(PPh3)4，所述催化剂与所述化合物I的物质的量之比为0.03
‑
0.15。
[0018]在其中一个实施例中，步骤S2所述化合物I每除去一个氢原子，使用的FeCl3的用量增加7倍量。
[0019]在其中一个实施例中，步骤S2所述反应温度为室温，惰性气体鼓泡下反应3
‑
5天。
[0020]在其中一个实施例中，所述R为直链碳十二烷氧基。
[0021]本专利技术的另一方面，提供一种上述任意一种新型荧光型石墨烯纳米带的合成方法得到的荧光型石墨烯纳米带。
[0022]本专利技术具有以下优点：实现结构精确的石墨烯纳米带克数量级制备和边缘芘荧光基团原位修饰，同时边缘还交替具有十二烷基碳链，使其在液相中具有良好分散性和长时间稳定性。
附图说明
[0023]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明：
[0024]图1示出了本专利技术的荧光型石墨烯纳米带的合成流程图；
[0025]图2示出了实施例中化合物II与化合物I的XPS能带对比谱图；
[0026]图3示出了实施例中化合物III拉曼谱图；
[0027]图4示出了实施例中化合物III的透射电镜图；
[0028]图5示出了实施例中化合物III与I的荧光发射对比谱图。
具体实施方式
[0029]为了更好地理解本专利技术,下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容,但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0030]本专利技术的目的在于提供一种具有荧光发射的石墨烯纳米带的合成方法，所述合成方法包括：
[0031]S1：提供化合物I，化合物I的分子式如下：
[0032][0033]将所述化合物I和芘硼酸频哪醇酯、甲苯以及去离子水加入到反应容器中混合均匀，加入碳酸钾，得到第一溶液，继续搅拌，惰性气体保护下，去气后快速向所述第一溶液中加入甲基三辛基氯化铵和催化剂得到第一混合液，惰性气体保护下加热反应至少24小时，反应完毕，收集有机相，经过后处理得到褐色固体化合物II，所述化合物II的分子式如下：
[0034][0035]S2：在反应容器中加入所述化合物II、二氯甲烷得到第二混合液，去气，然后取FeCl3溶于CH3NO2中，在惰性气体氛围下滴加在所述第二混合液中，搅拌，在室温下持续通入惰性气体鼓泡至少3天，反应完毕，经过后处理得到黑色固体化合物III，所述化合物Ⅲ的分子式如下：
[0036][0037]所述化合物Ⅲ为具有荧光发射的石墨烯纳米带，
[0038]式I、II、III中，R为所在苯环上的一个取代基，所述取代基选自：H、 OH、芳烷氧基、取代芳烷氧基基、直链烷氧基、支链烷氧基、环状烷氧基、含杂烷氧基、不饱和烷氧基或酯基中的一种。
[0039]上述合成方法，创新性地使用芘荧光基团进行原位取代掉前驱体即化合物Ⅰ中的溴基得到化合物II，再将得到的化合物Ⅱ进行环化去氢得到了具有荧光的石墨烯纳米带；该方法实现结构精确的石墨烯纳米带克数量级制备和边缘芘荧光基团原位修饰，同时制备得到的石墨烯纳米带边缘还交替具亲水基团，使其在液相中具有良好分散性和长时间稳定性；优选地，取代基R为直链碳十二烷氧基。
[0040]优选地，所述芘硼酸频哪醇酯与所述化合物I的摩尔比为1.1
‑
10，所述甲基三辛基氯化铵与所述化合物Ⅰ的摩尔比为0.03
‑
0.15，所述碳酸钾与所述化合物Ⅰ的摩尔比为5
‑
10；反应物在该比值范围内能保证反应的充分进行，保证了最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有荧光发射的石墨烯纳米带的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括：S1：提供化合物I，化合物I的分子式如下：将所述化合物I和芘硼酸频哪醇酯、甲苯以及去离子水加入到反应容器中混合均匀，加入碳酸钾，得到第一溶液，继续搅拌，惰性气体保护下，去气后快速向所述第一溶液中加入甲基三辛基氯化铵和催化剂得到第一混合液，惰性气体保护下加热反应至少24小时，反应完毕，收集有机相，经过后处理得到褐色固体化合物II，所述化合物II的分子式如下：S2：在反应容器中加入所述化合物II、二氯甲烷得到第二混合液，去气，然后取FeCl3溶于CH3NO2中，在惰性气体氛围下滴加在所述第二混合液中，搅拌，在室温下持续通入惰性气体鼓泡至少3天，反应完毕，经过后处理得到黑色固体化合物III，所述化合物III的分子式如下：所述化合物III为具有荧光发射的石墨烯纳米带，式I、II、III中，R为所在苯环上的一个取代基，所述取代基选自：H、OH、芳烷氧基、取代芳烷氧基基、直链烷氧基、支链烷氧基、环状烷氧基、含杂烷氧基、不饱和烷氧基或酯基中的一种。2.根据权利要求1所述的新型荧光型石墨烯纳米带的合成方法，其特征在于，所述芘硼酸频哪醇酯与所述化合物I的摩尔比为1.1
‑
10，所述甲基三辛基氯化铵与所述化合物I的摩尔比为0.03
‑
0.15，所述碳酸钾与所述化合物I的摩尔比为5
‑
10。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉菲，方浚安，代付康，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：