[发明专利]一种超支化聚三唑功能化的石墨烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子功能材料领域，更具体地，涉及一种超支化聚三唑功能化的石墨烯及其制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成的具有六角蜂巢晶格的二维材料。石墨烯的结构使其拥有很多独特迷人的物理性质，例如超高的热导率，电子迁移率，杨氏模量，断裂强度等等。这些物理性质使石墨烯材料具有非常广泛的应用前景。目前，石墨烯材料已经成为物理，化学，材料和生物等领域的研究热点。然而，由于本身的不溶性以及片层之间强烈的π-π相互作用和范德华力，石墨烯在水和有机介质中容易发生不可逆的聚集和沉淀。此外，石墨烯在高温下也不熔融，这给加工带来了巨大的困难。这些都使得石墨烯在实际应用中障碍重重，难以发挥其优越的物理化学性质。因此，在制备过程中对石墨烯表面进行功能化，获得具有良好分散性的功能化石墨烯十分必要。

石墨烯的功能化可以通过共价键法和非共价键法来实现。其中，共价键结合需要通过一定的化学反应使石墨烯与功能化分子连接起来。例如，通过点击化学的方法将叠氮基聚苯乙烯与炔基化的氧化石墨烯反应，将聚苯乙烯接枝在石墨烯的表面，所得功能化石墨烯在常用有机溶剂中具有良好分散性(Riccardo Salvio,et al.Chem.Eur.J.,2009,15,8235-8240.)。非共价键官能化修饰法是通过反应物与石墨烯之间的π-π相互作用或氢键等非共价键相互作用力，在尽量保持石墨烯结构的性质的前提下，实现对石墨烯的表面功能化。例如，通过点击化学的方法将多巴胺衍生物修饰到石墨烯的表面，通过范德华力和π-π相互作用来保持超支化聚三唑功能化的石墨烯的稳定(Kaminska I,et al.S.Mater.Interfaces.，2012，4，1016-1020)。

然而，目前石墨烯功能化(尤其是超支化聚三唑功能化)仍然存在很多问题。例如在对石墨烯表面功能化时，修饰上的小分子数量有限，而普通链状高分子容易发生缠结，这些因素都降低了超支化聚三唑功能化的石墨烯的分散性。超支化大分子具有独特的高度支化、无链缠结的结构，富含可反应的末端基，具有良好的溶解性以及低粘度等特性，因此在石墨烯表面改性方面具有其他高分子所不具有的优势。在过去的研究中，超支化分子大都以共价键的方式修饰到石墨烯的表面，但这势必会对石墨烯本身晶格结构造成很大破坏，如何有效利用超支化分子本身特性，但又能最大程度上保持石墨烯的本征结构是一项具有挑战性的工作。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种超支化聚三唑功能化的石墨烯及其制备方法，其中通过对该功能化的石墨烯的结构及其组成等进行改进，通过点击化学反应制备出末端接枝上芳香基团的超支化聚三唑，然后将其以非共价键法修饰到石墨烯的表面，使超支化聚三唑功能化的石墨烯具有良好的分散性和反应能力；所得石墨烯具有良好的分散性和反应能力，且保持了还原氧化石墨烯表面良好规整度，其在电子、化工、生物领域具有广泛的应用前景。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种超支化聚三唑功能化的石墨烯，其特征在于，该超支化聚三唑功能化的石墨烯是将芳香基团修饰的超支化聚三唑修饰到石墨烯表面形成的；

所述芳香基团修饰的超支化聚三唑是在超支化聚三唑末端接枝上芳香基团形成的，该芳香基团修饰的超支化聚三唑具有式(I)所示的结构：

式(I)中，R为炔基，所述炔基被基团R₁全部取代或部分取代；所述R₁具有式(II)所示的结构：

式(II)中，R₂为芳香基团。

作为本发明的进一步优选，所述R₂为

中的至少一种；

其中，为所述R₂中与所述式(II)中酯基的连接键。

作为本发明的进一步优选，所述芳香基团修饰的超支化聚三唑通过非共价键修饰到所述石墨烯表面；优选的，所述芳香基团修饰的超支化聚三唑通过π-π共轭作用非共价键修饰到所述石墨烯表面。

作为本发明的进一步优选，修饰到所述石墨烯表面的所述芳香基团修饰的超支化聚三唑占该超支化聚三唑功能化的石墨烯总重量的5％～60％。

按照本发明的另一方面，提供了制备上述超支化聚三唑功能化的石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：