通过点击化学对氧化石墨烯进行改性的研究进展
发布时间：2021-06-14 06:03
氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物,不仅具有与石墨烯类似的二维层状结构以及优异力学和热学性能,而且氧化石墨烯的表面含有大量的含氧官能团,使得其在水溶液中具有良好的分散性,应用领域广泛.在应用中,氧化石墨烯片层容易发生团聚,同时,氧化石墨烯片层上需要根据应用领域接枝上不同的化学基团.为此,对氧化石墨烯通过化学方法进行功能化改性是目前最为有效的手段.相比于常规化学改性方法,采用点击化学改性氧化石墨烯,具有选择性高、反应效率高、操作简单以及产物容易分离提纯等优点.综述了近些年采用点击化学对氧化石墨烯进行改性的研究进展,主要包括了叠氮-炔烃点击反应、烯烃之间的Diels-Alder点击反应以及硫醇-烯/炔点击反应,并对其发展前景进行了展望.
【文章来源】：陕西科技大学学报. 2020,38(02)
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
CoFe2O4/GO纳米复合材料的合成示意图[31]
氧化石墨烯的边缘含有较多的羧基和羟基,由于这些基团的存在,可以利用炔丙醇与氧化石墨烯发生简单的酯化反应实现对氧化石墨烯的炔基化.Namvari等[23]报道了单糖和二糖通过CuAAC点击反应对氧化石墨烯进行功能化,制备得到两种类型的水溶性石墨烯纳米片.在第一种方法中,首先使用二氯亚砜(SOCl2)来活化氧化石墨烯,然后与炔丙醇发生酯化反应,随后与叠氮基葡糖苷发生CuAAC点击反应,制备得到水溶性石墨烯纳米片(rGO-alkyne-Glc).研究表明rGO-alkyne-Glc能够在水中均匀分散并可稳定存在2周左右.另外,关于第二种方法详见1.1.2节部分.Ramasamy等[24]也是采用SOCl2对氧化石墨烯表面的羧基进行活化之后与炔丙醇通过酯化反应得到炔基化的氧化石墨烯,然后与含有许多阴离子(SO3-)掺杂剂的水溶性聚合物发生CuAAC点击反应,通过化学氧化聚合将聚吡咯共价接枝到功能化的氧化石墨烯片上,从而合成GS-PPy复合材料.该复合材料在水溶液中具有良好的分散性,并且导电性较高.将其应用于记忆装置中的存储器单元时,显示出良好的一次写入多次存储行为,这是由GS-PPy复合材料的良好的电学和光学吸收特性所导致的.采用该方法制备氧化石墨烯基导电聚合物复合材料为制造高性能存储器件提供了良好的途径.
Shi等[27]利用含有炔基的硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行硅烷化处理,得到炔基化氧化石墨烯(AlGO).然后,使用含叠氮基精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)和抗菌肽(AMP)与AlGO发生CuAAC点击反应,得到短肽接枝的氧化石墨烯(GO-c-RGD和GO-c-AMP),具体过程如图2所示.与原始氧化石墨烯相比,GO-c-RGD具有更好的生物相容性,而GO-c-AMP具有优异的杀菌性能.此研究为氧化石墨烯在生物医学领域的应用提供了新的策略.刘站站[28]则是在对氧化石墨烯还原的过程中加入亚硝酸异戊酯和对氨基苯甲酸丁炔酯,以此在氧化石墨烯表面引入炔烃基团.与此同时,通过对三硫酯链转移剂进行简单的修饰,引入叠氮基团,随后进行HPMA单体的RAFT聚合,制备出末端含有叠氮基团的PHPMA聚合物(PHPMA-N3).然后将炔基化氧化石墨烯与PHPMA-N3发生CuAAC点击反应.制备得到的纳米复合材料在常规的溶剂中分散性较好,为进一步的应用提供了有利的条件.王凇旸[29]又将N,N-二乙基丙烯酰胺(DEAm)采用同样的方法接枝在氧化石墨烯的表面,得到聚N,N-二乙基丙烯酰胺(PDEA)功能化的氧化石墨烯纳米复合材料,这种材料在常规极性溶剂中也具有良好的分散性和稳定性.由于RAFT法中可调节聚合的单体范围较广、官能团容忍性好、点击化学专一性好、反应效率高等优势,将RAFT聚合和点击反应相结合,为制备聚合物功能化石墨烯开辟了一条新的道路.
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性[J]. 黄国家,陈志刚,李茂东,杨波,辛明亮,李仕平,尹宗杰. 化学学报. 2016(10)
[2]氧化石墨烯在生物医学领域的应用[J]. 高扬,吴丁威,殷广达,郭睿劼. 材料导报. 2016(15)
[3]胆酸手性化氧化石墨烯杂化材料的制备及性能研究[J]. 黄骅隽,任重磊,陈宇,杨万泰,邓建平. 化学学报. 2014(11)
[4]通过“点击化学”对石墨烯和氧化石墨烯进行功能化改性[J]. 来常伟,孙莹,杨洪,张雪勤,林保平. 化学学报. 2013(09)
[5]Diels-Alder环加成点击反应[J]. 熊兴泉,陈会新. 有机化学. 2013(07)
[6]巯基-烯/炔点击化学研究进展[J]. 刘清,张秋禹,陈少杰,周健,雷星锋. 有机化学. 2012(10)
[7]氧化石墨烯复合材料的研究进展[J]. 邓尧,黄肖容,邬晓龄. 材料导报. 2012(15)
[8]巯基-烯点击化学[J]. 徐源鸿,熊兴泉,蔡雷,唐忠科,叶章基. 化学进展. 2012(Z1)
[9]基于巯基-炔的“点击”化学研究进展[J]. 蔡雷,熊兴泉,唐忠科,徐源鸿. 化工进展. 2011(09)
[10]点击化学最新进展[J]. 邱素艳,高森,林振宇,陈国南. 化学进展. 2011(04)
博士论文
[1]石墨烯的功能化、宏观组装及其超级电容器应用研究[D]. 寇亮.浙江大学 2014
硕士论文
[1]原位SET-LRP及点击化学共价修饰石墨烯的研究[D]. 王凇旸.复旦大学 2014
[2]聚合物共价修饰石墨烯的研究[D]. 刘站站.华东理工大学 2014
[3]氧化石墨烯/PNIPAM聚合物的合成与性能研究[D]. 孙小川.长春理工大学 2013
本文编号：3229217
【文章来源】：陕西科技大学学报. 2020,38(02)
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
CoFe2O4/GO纳米复合材料的合成示意图[31]
氧化石墨烯的边缘含有较多的羧基和羟基,由于这些基团的存在,可以利用炔丙醇与氧化石墨烯发生简单的酯化反应实现对氧化石墨烯的炔基化.Namvari等[23]报道了单糖和二糖通过CuAAC点击反应对氧化石墨烯进行功能化,制备得到两种类型的水溶性石墨烯纳米片.在第一种方法中,首先使用二氯亚砜(SOCl2)来活化氧化石墨烯,然后与炔丙醇发生酯化反应,随后与叠氮基葡糖苷发生CuAAC点击反应,制备得到水溶性石墨烯纳米片(rGO-alkyne-Glc).研究表明rGO-alkyne-Glc能够在水中均匀分散并可稳定存在2周左右.另外,关于第二种方法详见1.1.2节部分.Ramasamy等[24]也是采用SOCl2对氧化石墨烯表面的羧基进行活化之后与炔丙醇通过酯化反应得到炔基化的氧化石墨烯,然后与含有许多阴离子(SO3-)掺杂剂的水溶性聚合物发生CuAAC点击反应,通过化学氧化聚合将聚吡咯共价接枝到功能化的氧化石墨烯片上,从而合成GS-PPy复合材料.该复合材料在水溶液中具有良好的分散性,并且导电性较高.将其应用于记忆装置中的存储器单元时,显示出良好的一次写入多次存储行为,这是由GS-PPy复合材料的良好的电学和光学吸收特性所导致的.采用该方法制备氧化石墨烯基导电聚合物复合材料为制造高性能存储器件提供了良好的途径.
Shi等[27]利用含有炔基的硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行硅烷化处理,得到炔基化氧化石墨烯(AlGO).然后,使用含叠氮基精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)和抗菌肽(AMP)与AlGO发生CuAAC点击反应,得到短肽接枝的氧化石墨烯(GO-c-RGD和GO-c-AMP),具体过程如图2所示.与原始氧化石墨烯相比,GO-c-RGD具有更好的生物相容性,而GO-c-AMP具有优异的杀菌性能.此研究为氧化石墨烯在生物医学领域的应用提供了新的策略.刘站站[28]则是在对氧化石墨烯还原的过程中加入亚硝酸异戊酯和对氨基苯甲酸丁炔酯,以此在氧化石墨烯表面引入炔烃基团.与此同时,通过对三硫酯链转移剂进行简单的修饰,引入叠氮基团,随后进行HPMA单体的RAFT聚合,制备出末端含有叠氮基团的PHPMA聚合物(PHPMA-N3).然后将炔基化氧化石墨烯与PHPMA-N3发生CuAAC点击反应.制备得到的纳米复合材料在常规的溶剂中分散性较好,为进一步的应用提供了有利的条件.王凇旸[29]又将N,N-二乙基丙烯酰胺(DEAm)采用同样的方法接枝在氧化石墨烯的表面,得到聚N,N-二乙基丙烯酰胺(PDEA)功能化的氧化石墨烯纳米复合材料,这种材料在常规极性溶剂中也具有良好的分散性和稳定性.由于RAFT法中可调节聚合的单体范围较广、官能团容忍性好、点击化学专一性好、反应效率高等优势,将RAFT聚合和点击反应相结合,为制备聚合物功能化石墨烯开辟了一条新的道路.
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯和氧化石墨烯的表面功能化改性[J]. 黄国家,陈志刚,李茂东,杨波,辛明亮,李仕平,尹宗杰. 化学学报. 2016(10)
[2]氧化石墨烯在生物医学领域的应用[J]. 高扬,吴丁威,殷广达,郭睿劼. 材料导报. 2016(15)
[3]胆酸手性化氧化石墨烯杂化材料的制备及性能研究[J]. 黄骅隽,任重磊,陈宇,杨万泰,邓建平. 化学学报. 2014(11)
[4]通过“点击化学”对石墨烯和氧化石墨烯进行功能化改性[J]. 来常伟,孙莹,杨洪,张雪勤,林保平. 化学学报. 2013(09)
[5]Diels-Alder环加成点击反应[J]. 熊兴泉,陈会新. 有机化学. 2013(07)
[6]巯基-烯/炔点击化学研究进展[J]. 刘清,张秋禹,陈少杰,周健,雷星锋. 有机化学. 2012(10)
[7]氧化石墨烯复合材料的研究进展[J]. 邓尧,黄肖容,邬晓龄. 材料导报. 2012(15)
[8]巯基-烯点击化学[J]. 徐源鸿,熊兴泉,蔡雷,唐忠科,叶章基. 化学进展. 2012(Z1)
[9]基于巯基-炔的“点击”化学研究进展[J]. 蔡雷,熊兴泉,唐忠科,徐源鸿. 化工进展. 2011(09)
[10]点击化学最新进展[J]. 邱素艳,高森,林振宇,陈国南. 化学进展. 2011(04)
博士论文
[1]石墨烯的功能化、宏观组装及其超级电容器应用研究[D]. 寇亮.浙江大学 2014
硕士论文
[1]原位SET-LRP及点击化学共价修饰石墨烯的研究[D]. 王凇旸.复旦大学 2014
[2]聚合物共价修饰石墨烯的研究[D]. 刘站站.华东理工大学 2014
[3]氧化石墨烯/PNIPAM聚合物的合成与性能研究[D]. 孙小川.长春理工大学 2013
本文编号：3229217
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3229217.html
