[发明专利]一种含芘基自由基引发剂及其合成方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及功能化学引发剂领域，更明确地说涉及一种含芘基偶氮类自由基引发剂及其合成方法和用途的创新。

背景技术

石墨烯因其独特的结构、优异的性能和广阔的应用前景，自2004年问世以来已引起了世界范围的研究热潮，而低成本宏量制备高品质石墨烯是支撑所有研究与应用的基础。以天然石墨为原料制备石墨烯是目前获取石墨烯材料的最有效途径，其主要制备方法有微机械剥离法、氧化石墨还原法和液相剥离法。其中，微机械剥离法能制取高品质石墨烯，但产率低，仅适用于基础研究。氧化石墨还原法虽能实现石墨烯的低成本宏量制备，但所得石墨烯因存在较多缺陷而导致部分性能（如电学性能）损失，应用范围受到限制。类似于微机械剥离法，液相剥离法也能制取高品质石墨烯，而成本控制和石墨烯产率等指标则较接近于氧化石墨还原法。这就为诸如多功能聚合物复合材料等需要大量高品质石墨烯的应用领域提供了实施可能。液相剥离法因而日渐成为石墨烯制备方法的研究热点。

采用液相剥离法，人们已制备出了浓度高达1.5mg.mL^-1的石墨烯分散液，这已与目前最广为应用的氧化石墨烯的最高分散液浓度1～7mg.mL^-1相当。美中不足的是，该高浓度分散液只能在表面能接近于石墨烯的少量高沸点溶剂（难以在后续应用中完全除去）中通过长时间（>200h）超声处理才能得到。为拓宽溶剂范围使其包含低沸点有机溶剂甚或水、缩短超声处理时间、解决分散液稳定性较差等问题，人们又发展了在分散体系中使用分散助剂的改进液相剥离法（即“分散助剂辅助液相剥离法”），并取得了显著成效（J.N.Coleman Accounts of Chemical Research,2013,46,14-22;J.A.Mann,W.R.Dichtel The Journal of Physical Chemistry Letters,2013,4,2649-2657;D.Parviz,S.Das,H.S.Tanvir Ahmed,F.Irin,S.Bhattacharia,M.J.Green ACS Nano,2012,6,8857-8867;E.-Y.Choi,T.H.Han,J.Hong,J.E.Kim,S.H.Lee,H.W.Kim,S.O.Kim Journal of Material Chemistry,2010,20,1907-1912）。在众多已应用的分散助剂中，含有芘基团的一类化合物尤为引人注目。

含芘基化合物之所以引起人们的兴趣，是因为芘基团能够与石墨烯表面形成π-π相互作用。该相互作用在强度上与氢键甚或化学键相当，而能与石墨烯间产生强分子间相互作用是选择分散助剂的首要条件。这种强分子间相互作用主要缘于两者间极其相近的化学结构（芘在化学结构上可被视为石墨烯的一部分）。在各种含芘基化合物中，含芘基高分子化合物相对于含芘基小分子化合物能够提供更多的溶剂化作用点，即所谓的“高分子效应（polymer effect）”，因此在用量相当的情况下，含芘基高分子化合物具有更强的从石墨剥离出石墨烯的能力，所得的石墨烯分散液也具有更高的浓度和更佳的稳定性。对于含芘基高分子化合物来说，有且只有1个芘基团位于高分子链端（即单芘基封端高分子）的分子设计能够确保吸附于石墨烯表面的高分子链数最大化，从而更有利于提升分散助剂对石墨的剥离与分散效能。