[发明专利]一种可溶性石墨烯纳米带及其合成方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种石墨烯纳米带，具体涉及一种可溶液性石墨烯纳米带及其合成方法与应用。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六边形的平面薄膜，厚度仅一个碳原子厚度，是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料。石墨烯具有极高的导热系数(5300W/m·K)，尤其是常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s，比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10^-6Ω·cm，比铜或银更低，是目前世上电阻率最小的材料。石墨烯的高导和高迁移率源于超大面积的共轭结构，被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

石墨烯是尺寸超大的二维材料，因此表现为性能优异的导体。如果要成为半导体，就需要将其尺寸减小，石墨烯纳米带是有一定宽度的石墨烯，它保留了石墨烯的高载流子迁移率的性能，同时赋予材料半导体特性，因此被认为具有比石墨烯更灵活可调的性质和更大的实用价值，例如在薄膜场效应晶体管、光伏电池和传感领域中的活性层是半导体而非导体。一般合成石墨烯的方法由物理剪裁和化学合成的方法，成本较高，路线复杂，且产率不高。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种可溶性石墨烯纳米带，所述可溶性石墨烯纳米带因芳基上有长链的取代基团而可溶于各种溶剂；

本发明的另一目的在于提供上述可溶性石墨烯纳米带的合成方法；

本发明的再一目的在于提供上述可溶性石墨烯纳米带的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种可溶性石墨烯纳米带，具有如下结构：

其中，R是带有烷基或烷氧基的基团；R基团的作用是促进最终产物可溶性石墨烯纳米带的溶解；

优选的，所述R为C1～C100的烷基或烷氧基；

当所述R为烷基时，优选的，所述R为C₆H₁₃、C₈H₁₇、C₁₀H₂₁、C₁₂H₂₅、C₁₆H₃₃或C₂₀H₄₁中的一种；

更优选的，所述R为下列结构的烷基中的一种：

当所述R为烷氧基时，优选的，所述R为C₆H₁₃O、C₈H₁₇O、C₁₀H₂₁O、C₁₂H₂₅O、C₁₆H₃₃O或C₂₀H₄₁O中的一种；

更优选的，所述R为下列结构的烷氧基中的一种：

所述石墨烯纳米带的合成方法，包括如下步骤：2,6-二溴-4-硝基苯胺和烷基/烷氧基芳基硼酸进行Suzuki偶联反应，得到2,6-二(4-烷基/烷氧基苯)-4-硝基苯胺，然后经催化还原得到2,6-二(4-烷基/烷氧基苯)-1,4-苯二胺，加亚硝酸钠后得到重氮盐并进行卤代反应，得到2,6-二(4-烷基/烷氧基苯)-1,4-二溴/碘苯；将所得2,6-二(4-烷基/烷氧基苯)-1,4-二溴/碘苯通过钯催化的Miyaura硼酸酯化反应得到2,6-二(4-烷基/烷氧基苯)-4-嚬呐醇硼酸酯-1-溴/碘苯；然后取所得2,6-二(4-烷基/烷氧基苯)-4-嚬呐醇硼酸酯-1-溴/碘苯通过Suzuki偶联反应进行聚合生成聚对苯衍生物，所述聚对苯衍生物即为可溶性石墨烯纳米带前驱体；将所述可溶性石墨烯纳米带前驱体进行氧化脱氢，得到所述可溶性石墨烯纳米带；

优选的，所述可溶性石墨烯纳米带前驱体经贵金属催化氧化或三氯化铁进行氧化脱氢，或者将所述可溶性石墨烯纳米带前驱体进行电化学氧化脱氢，得到所述可溶性石墨烯纳米带。

所述可溶性石墨烯纳米带具有大共轭共平面结构，带隙随共轭程度的增加而减小，且分子链之间容易发生聚集，以上两大特点使得所述可溶性石墨烯纳米带能应用于场效应晶体管、光伏电池、非线性光学和传感器件领域。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：