一种吲哚偶氮苯/石墨烯复合太阳能储热材料及其制备方法与流程

本发明是一种吲哚偶氮苯/石墨烯复合太阳能储热材料及其制备方法，该材料在未来可用于光热存储和太阳能利用等方面的高新应用中，属于复合材料领域。

背景技术：

随着社会的不断发展，环境污染已经成为每个国家都需要面对的问题，生活中现在常用的石油能源对环境的破坏极其严重。为了解决环境问题，我们需要开发一种新型绿色能源用于取代现在所使用的高污染且即将用尽的石油资源。

太阳能是一种地球上最为丰富的能源，每小时所提供的能量超过了人类2001年全球能源消耗总和，虽然人类在一直依靠植物的光合作用对太阳能进行利用，但是现在对太阳能的利用依然很少。现在对太阳能的利用多采用太阳能光伏或太阳能电池，然而这些方法能量转换次数过多，能量转换效率低。若利用光热材料直接储存能量则可以将能量转化效率大幅提高。

偶氮苯作为一种光致异构化的染料，是一种前景很好的光热储能材料。偶氮苯稳定的反式结构会在紫外光作用下变为顺式偶氮苯，并且将能量储存在化学键中，在一定刺激下又可以将能量释放，并且回到稳定结构。然而传统偶氮苯的缺点在于其成膜性能差，能量密度低以及半衰期短。为了增大偶氮苯顺反结构的能量差，需要对偶氮苯进行分子与结构设计，通过将偶氮苯加入稠环结构，提高分子间作用力，增加位阻效应，可以提高偶氮苯的储热性能。通过将偶氮苯接枝在石墨烯表面，可以进一步提高偶氮苯的储热性能，并且提高了材料的成膜性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够存储太阳能，具有高能量密度、长半衰期的吲哚型偶氮苯/石墨烯复合材料及其制备方法。本发明采用以下技术方案：

1.一种吲哚偶氮苯/石墨烯复合太阳能储热材料，其单体的吲哚偶氮分子以共价键方式接枝到石墨烯表面，每30～50个碳原子接枝一个偶氮分子，结构式如下：

2.权利要求1所述的吲哚偶氮苯/石墨烯复合太阳能储热材料的制备方法，步骤如下：

1)偶氮分子的制备：将的3-氨基-5氯吲哚加入带蒸馏水的烧杯中，用的盐酸将其溶解，溶解后在冰浴条件下加入亚硝酸钠溶液，冰浴反应1-3小时，制得重氮盐，加入1-2当量的3,5二甲氧基苯胺并在氩气氛围中反应，得到吲哚型偶氮苯单体，其中，3-氨基-5氯吲哚，盐酸和亚硝酸钠的摩尔比为1：(3-4)：(1.05-1.2)；

2)将氧化石墨烯进行部分还原：用质量分数为20％-30％的碳酸钠将氧化石墨烯的水溶液调节ph到7-9，在硼氢化钠溶液中加入ph调好的氧化石墨烯的水溶液，并在75-90摄氏度下放置6-8小时，通过离心，过滤操作最后获得经过部分还原的氧化石墨烯，然后通过超声重新分散在水中；

3)偶氮苯接枝石墨烯：将吲哚型偶氮苯与等摩尔量的亚硝酸钠加入去离子水中，在冰浴条件下缓慢滴加1mol/l的盐酸制得重氮盐，其中偶氮苯与盐酸的摩尔比为1：(3-4)，将获得的重氮盐缓慢滴加入上面获得经过部分还原的氧化石墨烯，在冰浴中反应一天，即可制备出吲哚偶氮苯/石墨烯复合材料。

附图说明

图1为稠环偶氮苯石墨烯复合材料的紫外光谱；

图2为偶氮苯石墨烯复合材料的扫描电镜图。

具体实施方法

下面是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1

1)偶氮分子的制备：将0.02mol的3-氨基-5氯吲哚加入带蒸馏水的烧杯中，用0.06mol的盐酸将其溶解，溶解后在冰浴条件下加入0.015mol亚硝酸钠溶液，冰浴反应3小时，制得重氮盐。加入1.5当量的3,5二甲氧基苯胺并在氩气氛围中反应，即可得到吲哚型偶氮苯单体；

2)将氧化石墨烯进行部分还原：用质量分数为20％的碳酸钠将氧化石墨烯的水溶液调节ph到8，在15mg/ml硼氢化钠溶液中加入30ml的ph调好的溶液，并在85摄氏度下放置4小时。通过离心，过滤操作最后获得经过部分还原的氧化石墨烯，然后把通过超声重新分散在水中；

3)偶氮苯接枝石墨烯：将0.005mol吲哚型偶氮苯和0.005mol的亚硝酸钠加入盛有10ml去离子水的烧杯中，在冰浴条件下缓慢滴加15ml的1mol/l的盐酸制得重氮盐。将获得的重氮盐缓慢滴加入上面获得经过还原的氧化石墨烯，在冰浴中反应一天，即可制备出吲哚偶氮苯/石墨烯复合材料。制得产物储能密度达到140wh/kg。

实施例2

1)偶氮分子的制备：将0.01mol的3-氨基-5氯吲哚加入带蒸馏水的烧杯中，用0.03mol的盐酸将其溶解，溶解后在冰浴条件下加入0.015mol亚硝酸钠溶液，冰浴反应2小时，制得重氮盐。加入1当量的3,5二甲氧基苯胺并在氩气氛围中反应，即可得到吲哚型偶氮苯单体；

2)将氧化石墨烯进行部分还原：用质量分数为20％-30％的碳酸钠将氧化石墨烯的水溶液调节ph到8，在15mg/ml硼氢化钠溶液中加入40ml的ph调好的溶液，并在75摄氏度下放置6小时。通过离心，过滤操作最后获得经过部分还原的氧化石墨烯，然后把通过超声重新分散在水中；

3)偶氮苯接枝石墨烯：将0.005mol吲哚型偶氮苯和0.005mol的亚硝酸钠加入盛有10ml去离子水的烧杯中，在冰浴条件下缓慢滴加15ml的1mol/l的盐酸制得重氮盐。将获得的重氮盐缓慢滴加入上面获得经过还原的氧化石墨烯，在冰浴中反应一天，即可制备出吲哚偶氮苯/石墨烯复合材料。制得产物储能密度达到130wh/kg。

本发明的吲哚型偶氮苯的制备方法，如下所示：

顺反异构效果如下：

根据专利合成的偶氮/石墨烯复合材料紫外光谱图如图1所示，表明该材料确实具有光响应特性。

实施例3

1)偶氮分子的制备：将0.02mol的3-氨基-5氯吲哚加入带蒸馏水的烧杯中，用0.07mol的盐酸将其溶解，溶解后在冰浴条件下加入0.02mol亚硝酸钠溶液，冰浴反应2小时，制得重氮盐。加入1当量的3,5二甲氧基苯胺并在氩气氛围中反应，即可得到吲哚型偶氮苯单体；

2)将氧化石墨烯进行部分还原：用质量分数为30％的碳酸钠将氧化石墨烯的水溶液调节ph到7，在20mg/ml硼氢化钠溶液中加入40ml的ph调好的溶液，并在75摄氏度下放置8小时。通过离心，过滤操作最后获得经过部分还原的氧化石墨烯，然后把通过超声重新分散在水中；

3)偶氮苯接枝石墨烯：将0.005mol吲哚型偶氮苯和0.005mol的亚硝酸钠加入盛有10ml去离子水的烧杯中，在冰浴条件下缓慢滴加15ml的1mol/l的盐酸制得重氮盐。将获得的重氮盐缓慢滴加入上面获得经过还原的氧化石墨烯，在冰浴中反应一天，即可制备出吲哚偶氮苯/石墨烯复合材料。制得产物储能密度达到120wh/kg。

本发明公开和提出的一种吲哚型偶氮苯/石墨烯太阳能储热材料的制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。