[发明专利]苯环取代酞菁/氧化石墨烯复合非线性光学材料及其制备方法

说明书

苯环取代酞菁/氧化石墨烯复合非线性光学材料及其制备方法，本发明属于复合非线性光学材料领域，它为了解决现有非线性光学材料的三阶非线性光学性能较差的问题。本发明所述的非线性光学材料由四‑α‑(4‑羟甲基苯甲氧基)酞菁化合物和氧化石墨烯键合而成。制备方法：一、将3‑(4‑羟甲基苯甲氧基)邻苯二腈、正戊醇、Zn(CH₃COO)₂和DBU加入到反应容器中，在120～160℃下加热反应，得到四‑α‑(4‑羟甲基苯甲氧基)酞菁；二、制备GO；三、将GO、DCC的DMF溶液置于反应容器中，活化后加入四‑α‑(4‑羟甲基苯甲氧基)酞菁，在氮气保护下常温反应。本发明复合光学材料具有良好的三阶非线性光学性能。

技术领域

本发明属于复合非线性光学材料领域，具体涉及苯环取代酞菁/氧化石墨烯复合材料非线性光学材料及其制备方法。

背景技术

随着光学研究的发展，尤其是激光技术的逐渐成熟，具有优秀的非线性光学性质的材料成为科学研究的热点之一。酞菁和氧化石墨烯都是良好的三阶非线性光学材料，二者之间通过共价键合的方式可以形成性能更优异的非线性光学复合材料。但是，酞菁的分子结构与酞菁/氧化石墨烯复合物的非线性光学性质的相关性研究很少见到报道。

氧化石墨烯包含许多含氧官能团，这使其化学性质和石墨烯相比更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质，酞菁存在自身独特的优势：酞菁属于平面共轭大分子，同时具有优越的化学可调性和良好的结构剪裁性，在酞菁大环外围上引入适当的取代基，利用新引入的官能团与其他材料反应形成复合物，最终达到修饰氧化石墨烯的目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有非线性光学材料的三阶非线性光学性能较差的问题，而提供一种苯环取代酞菁/氧化石墨烯复合非线性光学材料及其制备方法。

本发明苯环取代酞菁/氧化石墨烯复合非线性光学材料由四-α-(4-羟甲基苯甲氧基)酞菁化合物和氧化石墨烯键合而成，所合成的四-α-(4-羟甲基苯甲氧基)酞菁/氧化石墨烯键合物(α-ZnTPPc-GO)的结构为：

本发明苯环取代酞菁/氧化石墨烯复合非线性光学材料的制备方法按下列步骤实现：

一、将3-(4-羟甲基苯甲氧基)邻苯二腈、无水正戊醇、Zn(CH₃COO)₂和DBU(1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯)加入到反应容器中，以氮气作为保护气，升温到120～160℃并持续反应6～12h，得到的液-固混合物经减压旋蒸得到酞菁粗产品，采用乙酸乙酯经离心洗涤数次，得到四-α-(4-羟甲基苯甲氧基)酞菁；

二、制备GO(氧化石墨烯)；

三、将GO的DMF溶液、DCC(二环己基碳二亚胺)的DMF溶液置于反应容器中，搅拌活化后加入四-α-(4-羟甲基苯甲氧基)酞菁的DMF溶液，在氮气保护下常温搅拌3～7天，然后以DMF作为洗脱剂，将得到的产物通过离心的方式除去未反应的酞菁，用乙醇分散反应物，烘干后得到苯环取代酞菁/氧化石墨烯复合非线性光学材料(α-ZnTPPc-GO)。

本发明苯环取代酞菁/氧化石墨烯复合非线性光学材料由四-α-(4-羟甲基苯甲氧基)酞菁化合物与氧化石墨烯制备获得，所用的苯环酞菁化合物为四-α-(4-羟甲基苯甲氧基)酞菁(α-ZnTPPc)，选择的氧化石墨烯是采用Hummers法制备的具有良好分散性的氧化石墨烯(GO)。本发明的复合非线性光学材料制备方法简单，性能稳定，具有良好的三阶非线性光学性能，对本发明中的复合非线性光学材料进行开孔Z扫描测试，α-ZnTPPc的非线性吸收系数β为1.53cm/GW，该苯环取代酞菁/氧化石墨烯复合非线性光学材料表现出明显的反饱和吸收性质，非线性吸收系数为正值。本发明能够在光子学及光电器件领域得到广泛应用。

附图说明