石墨烯化学法全合成

发布时间：2017-09-17 02:45

  本文关键词：石墨烯化学法全合成

  更多相关文章： 石墨烯 闪热解 有机合成 自由基反应 炔烃-氢化硅烷化 侧链型液晶聚合物 聚硅氧烷

【摘要】：石墨烯是最近才被发现的一种具有二维平面结构的新型碳材料,以sp2杂化的碳原子形成的二维六边形网状结构,使其具有了许多独特而优异的物理化学性质。有关石墨烯的制备方法的研究已成为当下最热门的研究课题之一,目前石墨烯的制备方法有机械剥离法、氧化石墨-还原法、化学气相沉积法、外延生长法、电弧法、有机合成法等。然而,每种方法有其优点但同时也存在着难以避免的缺点,其中,有机合成法由于其可高效地得到具有较少缺陷的石墨烯而吸引着越来越多的关注。如何通过纯有机合成的方法将一个有机小分子通过多步反应合成得到石墨烯这样的材料是一个令人着迷的科学挑战。在此,我们提出一种对聚(2,5-二氯苯撑-1,4-乙炔撑)(可由2,6-二氯苯胺高效合成得到)进行闪热解得到石墨烯的制备方法。本文的合成逻辑可分为以下两步：(1)从单芳香环小分子到石墨烯一维骨架——聚(对苯撑乙炔)链的构建；(2)通过热致脱氢环化,使得一维骨架在并联方向及正交方向得以延长,从而拼接起石墨烯二维网状结构。本文主要做了以下两方面的研究工作：1.以2,6-二氯苯胺为原料,经过四步有机反应高效的得到聚(2,5-二氯苯撑-1,4-乙炔撑)。通过对该聚合物进行的紫外可见光谱(UV-vis)、荧光光谱、循环伏安曲线(CV)及热重量分析(TGA)的测试可知,该聚合物具有一定的荧光及电化学性能并且热稳定性较好。对该聚合物进行闪热解处理,使其发生自由基反应得到了石墨烯产品FP-100。由对FP-100样品的拉曼光谱图、原子力显微镜(AFM)图像及透射电镜(TEM)图片的分析可知：得到的产物为具有石墨烯特有的褶皱行为的片状结构,大部分该片状结构的厚度为0.6 nm～0.7 nm,相当一至两层石墨烯的厚度,通过进一步的观察发现该片层结构含有许多中空缺陷。2.利用硅氢加成反应,将合成的含末端烯或末端炔基团的液晶小分子分别接枝到聚甲基氢硅氧烷(PMHS)主链上,得到了一系列以聚甲基氢硅氧烷为骨架的侧链型液晶聚合物,再通过核磁共振氢谱(1H-NMR)、核磁共振硅谱(29Si-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、热重量分析(TGA)、差示扫描量热(DSC)、偏光显微镜(POM)及小角X射线散射(SAXS)对这些液晶聚合物的性质进行了详细的研究。研究结果表明：由烯烃氢化硅烷化反应制得的液晶聚合物PVLC1和PVLC2的玻璃化转变温度及清亮点都要比相对应的由炔烃氢化硅烷化反应得到的液晶聚合物PALC1及PALC2的低；并且用炔烃氢化硅烷化制得的聚硅氧烷液晶聚合物更倾向于形成层状结构的近晶相。这说明：与烷基硅烷液晶聚合物相比,烯基硅烷衍生物更具有刚性、且能很大程度上影响到其相态性质。
【关键词】：石墨烯 闪热解 有机合成 自由基反应 炔烃-氢化硅烷化 侧链型液晶聚合物 聚硅氧烷
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 石墨烯发现史10
• 1.2 石墨烯的性质及其应用10-15
• 1.2.1 石墨烯的电学性质及其应用11-12
• 1.2.2 石墨烯的光学性质及其应用12-13
• 1.2.3 石墨烯的机械性能13
• 1.2.4 石墨烯的热学性质13-14
• 1.2.5 石墨烯的其他优异性质及应用14-15
• 1.3 石墨烯的制备方法15-24
• 1.3.1 对高定向热解石墨的机械剥离法15-16
• 1.3.2 基底生长法16-20
• 1.3.3 自下而上的有机合成法20-21
• 1.3.4 液相化学合成石墨烯21-24
• 1.4 真空闪热解(FVP)简介24-26
• 1.5 本文的研究内容及目的26-28
• 1.5.1 本课题的选题目的及意义26
• 1.5.2 本文的主要研究内容26-28
• 第二章 石墨烯化学法全合成28-44
• 2.1 引言28-29
• 2.2 实验部分29-38
• 2.2.1 实验所用试剂29-30
• 2.2.2 测试所用仪器及测试条件30-31
• 2.2.3 有机化合物的合成及表征31-38
• 2.3 结果与讨论38-42
• 2.3.1 对单体及聚合物的结构表征分析38-39
• 2.3.2 对聚合物的光学、电化学及热学性能研究39-41
• 2.3.3 对合成得到的石墨烯的结构研究41-42
• 2.4 小结42-44
• 第三章 由炔氢加成化学制备聚硅氧烷液晶化合物44-56
• 3.1 引言44-45
• 3.2 实验部分45-50
• 3.2.1 实验所用试剂45-46
• 3.2.2 测试所用仪器及测试条件46-47
• 3.2.3 单体及聚合物的合成及表征47-50
• 3.3 结果与讨论50-55
• 3.3.1 单体及聚合物的结构表征分析50-53
• 3.3.2 单体及聚合物液晶性状的研究53-55
• 3.4 小结55-56
• 第四章 总结与展望56-58
• 4.1 主要结论56
• 4.2 研究展望56-58
• 参考文献58-68
• 附图68-75
• 攻读硕士学位期间发表文章75-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 杨永岗;陈成猛;温月芳;杨全红;王茂章;;氧化石墨烯及其与聚合物的复合[J];新型炭材料;2008年03期

2 李旭;赵卫峰;陈国华;;石墨烯的制备与表征研究[J];材料导报;2008年08期

3 戴荣继,傅若农,佟斌;SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF SIDE CHAIN LIQUID CRYSTATALLINE POLYSILOXANES CONTAINING BENZYL ETHER LINKING UNITS[J];Chinese Journal of Polymer Science;1998年01期

4 戴荣继,傅若农,佟斌;SIDE CHAIN LIQUID CRYSTALLINE POLYSILOXANES CONTAINING CROWN ETHER AND BENZYL ETHER MOIETIES[J];Chinese Journal of Polymer Science;1998年01期

5 谢萍,孙立民,张榕本;SYNTHESIS OF SIDE-CHAIN LIQUID CRYSTALLINE POLYSILOXANE CONTAINING SCHIFF′S BASE MESOGENS WITH NO_2-END GROUP AND ITS BEHAVIOR IN A DC ELECTRIC FIELD[J];Chinese Journal of Polymer Science;1993年04期

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本文编号：866840