[发明专利]硫醇-烯点击化学法制备石墨烯-酞菁纳米复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属化工技术领域，具体涉及一种硫醇-烯点击化学法制备石墨烯-酞菁纳米复合材料的方法。 

背景技术

近些年来，有机太阳能电池因为其成本低、重量轻、制备方便和具有分子可裁性，已经成为该领域的研究热点之一。酞菁作为拥有特殊芳香共轭体系的大环共轭配合物，因其生产成本低、着色性优异、稳定性良好、在可见光区有较好的吸收等特点而成为了一种非常重要的有机太阳能电池材料中的电子给体材料。人们将10层以下的石墨材料统称为石墨烯材料，石墨烯材料的理论比表面积高达2600m²/g，具有突出的导热性能(3000w/(mK))和力学性能(1060GPa)，以及室温下高速的电子迁移率(15000cm²/(V s))，石墨烯特殊的结构，使其具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应、从不消失的电导率等一系列性质，引起了科学界巨大兴趣。Becerril等[H.A.Becerril，et al.Evaluationof Solut ion-Processed Reduced Graphene Oxide Fi lms as Transparent Conductors.ACSNano，2008，2(3)：463-470]通过热力学降解和化学降解的共同作用得到了电导率数量级为10²S/cm，对波长400~1800nm的光转化率高于80％的石墨烯薄膜，这也说明经过进一步的发展，石墨烯薄膜可以成为太阳能电池材料中的理想电子受体材料。随着人们对石墨烯材料研究的不断深入以及制备方法的改进，基于电子给体/受体的石墨烯-酞菁纳米复合材料及其纳米器件得到了广泛的研究和关注，如何大量和低成本制备出高质量的石墨烯-酞菁纳米复合材料应该是未来研究的一个重点内容。目前，以石墨烯-酞菁纳米复合材料的制备仍受到许多限制，最大的问题就是如何在石墨烯表面高效地连接或者复合上酞菁材料。以往基于石墨烯-酞菁复合材料制备方法的文献报道通常采用阳离子表面活性剂、有机异氰酸酯、酰氯、长链脂肪族胺等改性手段。 

最近，人们对“点击化学”这一领域的深入研究为这个问题指出了一条可行的新思路。“点击化学”这一概念是由Sharpless等提出的，其核心是开辟一整套以含杂原子链接单元C-X-C为基础的组合化学新方法，用少量简单可靠和高选择性的化学转变来获得更广泛的分子多样性，开创了快速、有效、甚至是100％可靠的、高选择性地制造各类新化合物的合成化学新领域。目前国内外还没有关于硫醇-烯点击化学制备石墨烯-酞菁纳米复合材料的制备方法的公开文献报道和专利申请。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种硫醇-烯点击化学法制备石墨烯-酞菁纳米复合材料的方法。 

本发明提出的一种硫醇-烯点击化学法制备石墨烯-酞菁纳米复合材料的方法，首先从合成氧化石墨出发，通过化学改性手段制备一种带有碳-碳双键功能基团的氧化石墨，再将之与带巯基基团的酞菁进行硫醇-烯点击化学反应，形成一种氧化石墨-酞菁纳米复合材料，最后对氧化石墨进行还原获得一种石墨烯-酞菁纳米复合材料。本发明的制备方法具有简单工艺方便、可一步法完成、不加催化剂、产品质量高、投入产出比高、成本低廉和应用前景广泛等优点，它克服了传统的酞菁大分子在石墨烯表面结合不紧密和易脱落等难题，而且本发明能够显著提高石墨烯-酞菁复合材料的溶解性能、成膜性能和光电性能，是新一代高性能有机-无机纳米复合光电功能材料，可应用于导电材料、太阳能电池材料、光电导材料和光电转换材料等领域。 

本发明提出的一种硫醇-烯点击化学法制备石墨烯-酞菁纳米复合材料的方法，具体步骤如下： 

(1)氧化石墨的制备。量取10～100mL 98％浓硫酸，置于冰水浴中使其保持0～5℃。在搅拌中加入0.5～5g鳞片石墨和0.25～2.5gNaNO₃的混合物，搅拌均匀。缓慢加入1～15gKMnO₄，加料完毕后移去冰水浴，在室温下搅拌反应12～72h。加入20～200mL去离子水，升高温度至60～100℃，继续搅拌反应0.5～12h。降低温度至30～60℃，再加入10～100mL的30wt％双氧水，继续搅拌反应15～90min。反应完成后通过高速离心、过滤和反复水洗至中性，并经过离子交换树脂处理，最后低温真空干燥得到氧化石墨粉末。