[发明专利]石墨炔薄膜的制备方法和石墨炔薄膜

说明书

本发明公开了石墨炔薄膜的制备方法，以及通过该方法制备得到的石墨炔薄膜。该方法包括：(1)将催化剂与水混合，得到催化剂溶液；(2)将单体与有机溶剂混合，得到单体溶液，并向所述单体溶液中加入四丁基氟化铵，得到六炔基苯溶液；(3)将所述六炔基苯溶液、所述催化剂溶液和水混合，在惰性气体气氛和搅拌的作用下混合均匀得到混合液；(4)将所述混合液进行反应，并从反应产物中分离得到石墨炔薄膜。通过该方法可简单高效地得到高产量的石墨炔薄膜，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及石墨炔技术领域，具体而言，本发明涉及石墨炔薄膜的制备方法，以及通过该方法制备得到的石墨炔薄膜。

背景技术

石墨炔是由sp和sp²杂化碳原子组成的一种新型全碳材料，石墨炔相当于由炔键将苯环共轭连接，然后形成具有二维平面网络结构的全碳高分子。因此，石墨炔具有大量的碳化学键、大的共轭体系和宽面间距、且化学稳定性良好。

第一性原理计算显示，对比于带隙能为零的石墨烯，石墨炔具有天然的带隙能。这种直接存在的带隙能使石墨炔能够直接实际应用于光电器件的制备中。石墨炔膜的电导率为2.52×10^-4S·m^-1，与硅的电导率非常接近，此外由于石墨炔特殊的电子结构，预期可广泛地应用于电子、半导体研究领域。

石墨炔分子内18个碳原子围成的大三角孔隙结构，使多层堆积的石墨炔形成独特的孔道结构，研究发现锂离子穿过大三角孔隙的几乎是无能垒的。这无疑将大大方便锂离子在石墨炔中层间的自由扩散，从而使石墨炔材料在锂存储应用中具备优势。

但是，目前化学方法合成的石墨炔产率较低，且生产成本较高，这限制了其大量生产，导致其应用领域受到限制。因而，现有的制备石墨炔的手段仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出石墨炔薄膜的制备方法。通过该方法可简单高效地得到高产量的石墨炔薄膜，易于工业化生产。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种石墨炔薄膜的制备方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将催化剂与水混合，得到催化剂溶液；(2)将单体与有机溶剂混合，得到单体溶液，并向所述单体溶液中加入四丁基氟化铵，得到六炔基苯溶液；(3)将所述六炔基苯溶液、所述催化剂溶液和水混合，在惰性气体气氛和搅拌的作用下混合均匀得到混合液；(4)将所述混合液进行反应，并从反应产物中分离得到石墨炔薄膜；其中，所述单体为式(I)所示化合物，

根据本发明实施例的制备石墨炔薄膜的方法，首先分别制备得到催化剂溶液和六炔基苯溶液，其中，催化剂溶液通过将催化剂溶于水即可得到；六炔基苯溶液可通过将三甲基硅基(TMS)保护的六炔基苯溶于有机溶剂中，再利用四丁基氟化铵(TBAF)脱除TMS制得。进一步地，通过将六炔基苯溶液、催化剂溶液和水混合，在惰性气体和搅拌的作用下，六炔基苯溶液(油相)可以以微小液滴的形成充分地分散在催化剂溶液(水相)中，在油相与水相之间形成无数个反应界面，使反应物在有限的反应空间里获得了巨大的反应界面，从而极大地提高了六炔基苯的利用率，缩短了反应时间，提高了石墨炔的产量。

相对于现有的铜片法、化学气相沉积法等石墨炔制备方法，本发明的方法工艺简单易操作，无需使用高能耗或复杂的设备，易于控制，通过简单的操作即可高效地得到高产量的石墨炔，易于工业化生产。另外，表征实验证明，采用本发明的方法制备得到的石墨炔薄膜产品表面平整，结构有序。

另外，根据本发明上述实施例的石墨炔薄膜的制备方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述催化剂包括金属盐和配体，所述金属盐为铜盐，所述配体为吡啶或吡啶衍生物。