一种大片径石墨双炔粉体材料的制备方法

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种大片径石墨双炔粉体材料的制备方法。

背景技术：

1、随着碳材料的不断发展，许多新型碳的同素异形体被陆续发现。1997年，haley等人提出了一种独特的二维碳同素异形体-石墨炔。它具有一种与石墨烯相比完全不同的化学结构，由sp和sp2杂化的碳原子组成。在众多的石墨炔家族成员中，石墨双炔是最稳定的一种材料，它由1,3-二炔键将苯环共轭连接，形成二维平面网络结构。石墨双炔具有均一分布的孔结构、大的π共轭体系，在气体分离、催化、能源等相关领域都有着广阔的应用前景。与此同时，石墨双炔还是一种具有直接带隙(0.44–1.47ev)、较高室温载流子迁移率(104–105cm2·v-1·s-1)的二维半导体材料，在电子、光学和磁学领域也得到了广泛关注。

2、但是由于其单体的不稳定性、碳碳单键的自由旋转以及副反应等问题，石墨双炔在实验上的合成存在巨大挑战。2010年，石墨双炔由中国科学院化学研究所的李玉良院士团队首次在实验上合成，至今，科学家们已经发展了许多石墨双炔粉体的制备方法。如“界面限域法”、“范德华外延法”、“爆炸法”等等，推动了石墨双炔合成领域的发展。

3、但是以上方法存在操作复杂等缺点，且所得石墨双炔粉体材料的片径较小，限制了其进一步的应用。因此发展一种大片径石墨双炔粉体快速、简单的制备方法有利于进一步探究石墨双炔的性质，挖掘石墨双炔的应用潜力。

技术实现思路

1、为了克服以上的技术问题，本发明提供一种大片径的具有二维纳米片结构的石墨双炔粉体材料的制备方法，具体包括以下步骤：

2、s1、将催化剂溶于所述溶剂中，得到催化剂溶液；

3、s2、将单体与所述催化剂溶液混合，放入微波反应器，进行微波反应，得到所述石墨双炔粉体材料。

4、本发明的技术方案不需要采用基底。本发明通过采用微波反应，在无基底的条件下，制备得到了大片径(5-10μm)的具有二维纳米片结构的石墨双炔粉体材料。

5、所述催化剂溶液的溶剂为有机溶剂；优选为四氢呋喃、氯苯、二甲基亚砜、吡啶、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种；更优选为二甲基亚砜和吡啶的混合溶剂。

6、根据本发明一具体实施方式，单体为六乙炔基苯(heb)。

7、根据本发明一具体实施方式，单体六乙炔基苯(heb)的制备方法为：将六(三甲基硅乙炔)苯(heb-tms)溶于溶剂中，该溶剂优选为四氢呋喃，惰性气体保护下搅拌，加入四正丁基氟化铵(tbaf)，在冰-盐浴中，避光反应，将所得产物洗涤、旋蒸，得到单体六乙炔基苯。

8、根据本发明一具体实施方式，催化剂为铜催化剂；优选为硫酸铜、硝酸铜、醋酸铜中的一种或多种。

9、根据本发明一具体实施方式，所述催化剂的浓度为0.01～10mg/ml。

10、根据本发明一具体实施方式，所述微波的功率为100-2000w。

11、根据本发明一具体实施方式，反应的时间为1-30min。

12、根据本发明一具体实施方式，反应温度为40～200℃。

13、根据本发明一具体实施方式，还包括以下步骤：反应结束后，静置降至室温，离心去除溶剂，冷冻干燥。

14、有益效果：

15、本发明通过采用无基底体系结合微波反应，制备得到了大片径(5-10μm)的具有二维纳米片结构的石墨双炔粉体材料。不同于现有技术中制备得到的石墨双炔薄膜材料，石墨双炔粉体材料在离子电池、电催化、dna检测等方面有着更广泛的应用。本发明制备得到的石墨双炔粉体材料具有二维纳米片结构，其缺陷较少，结晶性和迁移率更高，比表面积更大，表面可进行调控或改性得到高性能多功能材料。此外，本发明制备得到的石墨双炔粉体材料的片径较大，可达5-10μm。

技术特征：

1.一种石墨双炔粉体材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述单体为六乙炔基苯(heb)。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为铜催化剂；优选为硫酸铜、硝酸铜、醋酸铜中的一种或多种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为有机溶剂；优选为四氢呋喃、氯苯、二甲基亚砜、吡啶、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种；更优选为二甲基亚砜和吡啶。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述微波的功率为100-2000w；优选地，所述微波的功率为100-500w。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应的时间为1-30min。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为40～200℃。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：反应结束后，静置降至室温，离心去除溶剂，冷冻干燥。

9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，单体六乙炔基苯(heb)的制备方法为：将六(三甲基硅乙炔)苯(heb-tms)溶于溶剂中，惰性气体保护下搅拌，加入四正丁基氟化铵(tbaf)，在冰-盐浴中，避光反应，将所得产物洗涤、旋蒸，得到单体六乙炔基苯。

技术总结
本发明公开了一种大片径石墨双炔粉体材料的制备方法，通过采用无基底体系结合微波反应，制备得到了大片径(5‑10μm)的具有二维纳米片结构的石墨双炔粉体材料。不同于现有技术中制备得到的石墨双炔薄膜材料，石墨双炔粉体材料在离子电池、电催化、DNA检测等方面有着更广泛的应用。

技术研发人员：张锦,童廉明,张子璇
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29