Suzuki反应制备石墨烯接枝共轭聚合物材料的合成与表征

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石墨烯不仅具有特殊稳定的二维结构和独特的力学、电学、光学等理化性能,还具有结构稳定、导电性强、比表面大、强度及韧性高等优点,这些优异性能得到了全球物理、化学、材料等众多学科领域的高度关注。为了实现对石墨烯各性能的最有效的应用,目前所面对的持久性挑战是原始材料难溶于水或有机溶剂的事实——石墨烯片层与氧化石墨烯之间存在着较强的范德华力,容易产生团聚;并且石墨烯化学性质稳定,天然石墨烯表面缺乏修饰材料性质的功能。近来最受人吸引的解决办法之一,就是在石墨烯侧壁上通过共价官能化的方法接枝某些用于表面改性的单体来改性石墨烯相关材料。本文首先通过超声辅助制备了溴化石墨烯(Gra-Br),用于接枝改性;然后由2,7-二溴芴烷基化后再硼酸化,得到了 9,9-二己基-2,7-二硼酸芴,在接枝过程中引入烷基链;接着主要通过交叉偶联反应—Suzuki反应成功将小分子的对甲氧基苯硼酸和几种大分子共轭物质共价接枝到墨烯表面对其进行改性,并得到相应的Tπ共轭的石墨烯材料。其中Gra-Br和对甲氧基苯硼酸通过铃木反应得到的是一元接枝产物也即对甲氧基苯接枝石墨烯复合材料(GP),4,7-二氯喹啉(2,6-二溴萘或2,5-二溴噻吩)则和9,9-二己基-2,7-二硼酸芴与Gra-Br通过铃木反应得到相应的二元接枝产物也即聚喹啉芴接枝石墨烯(GFQ)[聚萘芴接枝石墨烯(GFP)或聚噻吩芴接枝石墨烯(GFT)]。然后对各石墨烯接枝材料进行核磁、紫外光谱、荧光光谱、X射线衍射、循环伏安等电化学性能的表征与测试,也对各接枝物的溶解性进行了比较,结果显示:相较于小分子接枝的石墨烯材料,引入了烷基链后形成的大分子接枝石墨烯材料在常见有机溶剂中的溶解性得到更明显改善。并且不同的卤代共轭物(不论是氯代的喹啉或是二溴萘)都能成功通过共价键接枝到石墨烯表面,拓宽了用于石墨烯表面改性材料的范围。改性后的石墨烯的紫外吸收范围都有相应的增加,还发生了不同程度的红移,表面也发生了变化,并且其光吸收范围与强度都比较大,通过一系列的检测与表征,还发现得到的复合材料无论在光学还是电学性能方面都展现出了较好的性能,有希望应用于光电等材料领域。
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