会员体验
专利管家（专利管理）
工作空间（专利管理）
风险监控（情报监控）
数据分析（专利分析）
侵权分析（诉讼无效）
联系我们
交流群
官方交流：
QQ群： 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~
首页 / 专利库 / 化学元素和化合物 / 富勒烯 / 单层石墨与富勒烯复合杂化材料及其制备方法和应用

单层石墨与富勒烯复合杂化材料及其制备方法和应用

阅读：58发布：2021-02-24

IPRDB可以提供单层石墨与富勒烯复合杂化材料及其制备方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种单层石墨与富勒烯复合杂化材料及其制备方法和应用。它是以单层石墨材料和富勒烯为原料通过化学缩合反应制备并且通过共价键连接而成，制备方法是单层石墨在水和/或有机溶剂中溶解分散进行酰氯化反应，反应液然后再与富勒烯反应，丙酮中沉淀出固体产物，分离，干燥得单层石墨和富勒烯复合杂化材料。本发明在电学、光学及力学领域的材料及器件制造等展示广阔的应用前景，例如在光伏领域作为受体材料，作为一种新型的非线性光学材料，也可作为复合材料的纳米增强填料。，下面是单层石墨与富勒烯复合杂化材料及其制备方法和应用专利的具体信息内容。

1、一种单层石墨与富勒烯复合杂化材料，其特征在于它是以单层石墨材料和含氨基的 富勒烯为原料通过化学缩合反应制备并且通过共价键连接而成，单层石墨和富勒烯的重量 比为1～1.5:1；具体制备方法：单层石墨与富勒烯在水和/或有机溶剂中溶解分散，再进行缩合反应，分离出产物，干 燥得单层石墨和富勒烯杂化材料。

2、根据权利要求1所述的单层石墨与富勒烯复合杂化材料，其特征在于所述的单层石 墨是指分子骨架由六边形晶格排列的单层石墨原子组成，且经过功能化而得到的含有丰富 含氧基团的二维平面材料，其厚度分布在0.34到2nm之间，大小分布在10nm2到400μm2 之间。

3、根据权利要求1所述的单层石墨与富勒烯复合杂化材料，其特征在于所述的富勒烯 是功能化的C60、C70富勒烯的功能化产物；功能化产物指含有氨基、羧基和/或羟基中至少 一种基团的富勒烯。

4、根据权利要求1所述的单层石墨与富勒烯复合杂化材料，其特征在于所述的有机溶 剂是指甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、 三氯苯、二甲亚砜、四氢呋喃、四氯化碳、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一种 或两种。

5、一种单层石墨与富勒烯C60复合杂化材料的制备方法，其特征在于包括的步骤：1)50-80℃下，单层石墨与二甲基甲酰胺和过量的二氯亚砜反应12-24小时，蒸出过 量的二氯亚砜；

2)然后在三乙胺及无水氯仿中与含有氨基的C60在避光氩气保护下反应24-120小时；

3)反应液倾入丙酮中，分离出固体产物，氯仿洗涤至不含氨基的C60，用少量的水和 丙酮各洗涤一次，室温下真空干燥24h，得单层石墨和富勒烯杂化材料。

6、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于单层石墨、二氯亚砜和N，N-二甲基 甲酰胺的重量比为100:60:1。

7、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于单层石墨和含有氨基的C60的重量比 为1～1.5:1。

8、权利要求1所述的单层石墨与富勒烯复合杂化材料的应用，其特征在于该复合杂化 材料用于电学、光学及力学领域的器件制造以及作为非线性光学材料和复合材料的纳米增 强填料。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种单层石墨与富勒烯复合杂化材料及其制备方法和应用，属于材料领域。

背景技术

碳元素广泛存在于自然界，其独特的物性和多样的形态随着人类文明的进步而逐渐被 发现。碳元素有很多种同素异形体，最为人们所熟知的就是sp2杂化的石墨和sp3杂化的金 刚石。1985年富勒烯(Fullerene)的发现和1991年碳纳米管(Carbonnanotubes)的发现，扩大了 碳的同素异形体的范畴，也使人们对碳元素的多样性有了更深刻的认识，富勒烯和碳纳米管 所引发的纳米科技对人类认知、社会发展的贡献难以言喻。2004年另一种具有理想二维结 构和奇特电子性质的碳的同素异形体单层石墨烯(Graphene)被成功制备，开始引发新一波碳 质材料研究热潮。单层石墨中电子的典型传导速率为8×105m/s，比一般半导体中的电子传 导速度大得多。单层石墨特有的能带结构使空穴和电子相互分离，导致了新的电子传导现象 的产生，例如不规则量子霍尔效应。由于其独特的二唯结构和优异的物理、机械性质，单层 石墨在物理、化学及材料领域具有极大的应用前景，如用在光伏、锂电池、电容器及传感器 等方面。
与此同时，富勒烯以其独特的物理和化学性质应用于许多领域。人们通过将富勒烯功 能化的方法，如接上小分子、聚合物以及碳纳米管，使富勒烯具有了新的性质。将富勒烯 共价键合于特定的体系可使其卓越的特性与该体系性质相结合，从而得到具有新的性质与 技术上应用的新型材料，诸如高温超导材料、生物医学材料、非线性光学材料，导电器件 等。例如，Nasibulin等人合成了一种新型的carbon nanotubes(CNTs)-C60杂化材料 (NatureNanotechnology，2007，2，156-161)，这种材料展示了独特的冷却电子发射的能力，在平 板显示领域具有广阔的应用前景。另外，西班牙的科学家通过化学方法合成了一种single-walled carbon nanotubes(SWCNTs)-C60的复合物(Carbon，2007，45，2250-2252)，这种材料在光学、 电学以及材料领域具有潜在的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种单层石墨与富勒烯复合杂化材料及其制备方法和应用。该材 料不仅能够综合单层石墨及富勒烯自身的性质，单层石墨材料具有优异的物理和力学性 质，并且富勒烯也具有良好的化学和物理性质，并且由于两者之间强烈的相互作用，还将 显示出新的独特性质，在电学、光学及力学领域的材料及器件制造等展示广阔的应用前景， 例如在光伏领域作为受体材料，作为一种新型的非线性光学材料，也可作为复合材料的纳 米增强填料。
本发明提供的一种单层石墨与富勒烯复合杂化材料是以单层石墨材料和富勒烯为原 料通过化学缩合反应制备并且通过共价键连接而成，单层石墨和富勒烯的重量比为 1～1.5:1；具体制备方法：
单层石墨在水和/或有机溶剂中溶解分散进行酰氯化反应，反应液然后再与富勒烯反 应，丙酮中沉淀出固体产物，分离，干燥得单层石墨和富勒烯复合杂化材料。
所述的单层石墨是指分子骨架由六边形晶格排列的单层石墨原子组成，且经过功能化 而得到的含有丰富含氧基团的二维平面材料(Carbon，2006，44，3342-3347)。本发明中的单 层石墨，其厚度分布在0.34到2nm之间，大小分布在10nm2到400μm2之间。所述的含氧 基团是羟基、羧基、环氧基、羰基或醌基等有机官能团。
所述的富勒烯是功能化的富勒烯，包括含有氨基、羧基和/或羟基中至少一种基团的富 C60、C70等，例如含氨基的C60。
所述的有机溶剂是指甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿、苯、甲苯、二甲 苯、氯苯、二氯苯、三氯苯、二甲亚砜、四氢呋喃、四氯化碳、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二 甲基甲酰胺中的一种或两种等。
本发明中单层石墨与富勒烯的连接可以通过酰胺键或酯键或酸酐键等化学键共价连 接起来。类似地，其它化学键合方式也可采用。
本发明提供的一种单层石墨-富勒烯C60复合杂化材料的制备方法包括的步骤：
1)50-80℃下，单层石墨与二甲基甲酰胺和过量的二氯亚砜反应12-24小时，蒸出过 量的二氯亚砜；
2)然后在三乙胺及无水氯仿中与含有氨基的C60在避光氩气保护下反应72小时。
3)反应液倾入丙酮中，分离收集固体产物，氯仿洗涤至不含氨基的C60，用少量的水 和丙酮各洗涤一次，25℃下真空干燥24h，得单层石墨和富勒烯复合杂化材料。
单层石墨、二氯亚砜和二甲基甲酰胺的重量比为100:60:1。
单层石墨和含有氨基的C60的重量比：1～1.5:1。
单层石墨材料的制备过程可参考(ACSNano，2008，2，463-470)。
本发明提供的一种单层石墨与富勒烯复合杂化材料新型的非线性光学材料，也可作为 复合材料的纳米增强填料。
本发明提供的一种单层石墨与富勒烯复合杂化材料不仅能够综合单层石墨及富勒烯 自身的性质，单层石墨材料具有优异的物理和力学性质，并且富勒烯也具有良好的化学和 物理性质，并且由于两者之间强烈的相互作用，还将显示出新的独特性质，在电学、光学 及力学领域的材料及器件制造等展示广阔的应用前景，例如在光伏领域作为受体材料，作 为一种新型的非线性光学材料，也可作为复合材料的纳米增强填料。

附图说明

图1、实施例1中单层石墨-C60复合杂化材料的反应示意图。
图2、实施例1中合成的单层石墨-C60复合杂化材料的红外光谱分析。
图3、实施例1中合成的单层石墨-C60复合杂化材料的拉曼光谱分析。
图4、实施例1中合成的单层石墨-C60复合杂化材料的热重分析。
图5、实施例1中合成的单层石墨-C60复合杂化材料的透射电子显微镜分析(a：单层石 墨；b：单层石墨-C60杂化材料)。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，它们只用于对本发明进行进一步的说明，不 能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述本发明的内容做出一些非 本质的改进和调整，均属本发明保护范围。
实施例1：单层石墨-C60杂化材料的制备
利用化学反应将单层石墨材料和C60通过酰胺键共价连接起来。类似地，利用其它化 学方法获得杂化材料也可采用。
第一步：合成单层石墨材料，制备过程可参考(ACSNano，2008，2，463-470)；这一步的核 心是获得单层石墨材料。类似地，利用其它方法获得单层石墨材料也可采用。
第二步：含氨基的C60的合成，制备过程可参考(Journal of Organic Chemistry，1996，61，1954-1961)。
第三步：单层石墨-C60杂化材料的合成，通过化学缩合反应将单层石墨材料和含氨基 的C60连接起来而获得杂化材料。具体地：
50mg单层石墨(大小分布在200-500nm之间，厚度在0.8-1.2nm之间，下同)中加入 20mlSOCl2及0.5mlN，N-二甲基甲酰胺，70℃下反应24h。反应完成后，减压条件下蒸去过 量的SOCl2，并用无水甲苯洗涤三次。然后向上述固体中加入44mg含氨基(1个氨基)的 C60(C66H9O4N，可溶于氯仿等常用溶剂)、1ml三乙胺及40ml无水氯仿，在惰性气体的保 护下避光反应三天。反应完成后，将上述溶液滴加到丙酮溶液中以沉淀出产物，用100nm 的聚碳酸酯膜收集固体，再用氯仿洗涤五次。最后产品用水和丙酮各洗涤一次，室温下真 空干燥24h，得黑色固体粉末产品。测试结果如图1，图2、图3、图4、图5所示。
实施例2：单层石墨-C70杂化材料的制备
利用化学反应将单层石墨材料和C70通过酯键共价连接起来。类似地，利用其它化学方 法获得杂化材料也可采用。
第一步：合成单层石墨材料，制备过程可参考(ACSNano，2008，2，463-470)；这一步的核 心是获得单层石墨材料。类似地，利用其它方法获得的单层石墨材料也可采用。
第二步：含羟基的C70的合成，制备过程可参考(Synthetic Communications，1998，28，3515-3525)。
第三步：单层石墨-C70杂化材料的合成，这一步的核心是通过化学缩合反应将单层石 墨材料和含氨基的C70连接起来而获得杂化材料。
具体制备操作和测试
单层石墨50mg、含羟基的C70(C70(OH)x，x在1-30之间，可溶于水和N，N-二甲基甲酰 胺等溶剂)55mg、缩合剂1，3-二环己基碳二亚胺(DCC)32mg以及4-二甲氨基吡啶(DMAP) 2mg加入到40ml无水N，N-二甲基甲酰胺中。在惰性气体的保护下避光反应七天。反应完成 后，离心并用N，N-二甲基甲酰胺重复离心、洗涤五次。最后离心得到的沉淀用丙酮洗涤一 次，室温下真空干燥24h。产物使用红外光谱、拉曼光谱、热重分析以及透射电子显微镜 对单层石墨-C70杂化材料进行了表征。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
富勒烯衍生物-专利编号CN106458808A 2020-05-13 1013
亚甲基富勒烯-专利编号CN104884423A 2020-05-13 839
富勒烯蓄能电池-专利编号CN101188253B 2020-05-12 505
富勒烯混合物-专利编号CN106795068A 2020-05-11 365
富勒烯制备方法-专利编号CN102001647A 2020-05-13 519
亚甲基富勒烯-专利编号CN104884423B 2020-05-12 424
富勒烯-专利编号CN106170736A 2020-05-11 120
富勒烯制备方法-专利编号CN102001647B 2020-05-11 76
富勒烯衍生物-专利编号CN101801926A 2020-05-11 456
富勒烯蓄能电池-专利编号CN101188253A 2020-05-12 856
高效检索全球专利

IPRDB是专利检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，专利查询、专利分析。

电话：13651749426

侵权分析

IPRDB的侵权分析产品是IPRDB结合多位一线专利维权律师和专利侵权分析师的智慧，开发出来的一款特色产品，也是市面上唯一一款帮助企业研发人员、科研工作者、专利律师、专利分析师快速定位侵权分析的产品，极大的减少了用户重复工作量，提升工作效率，降低无效或侵权分析的准入门槛。

立即试用

富勒烯热门专利
热门文章

IPRDB

最新中国发明专利 最新美国发明专利 技术领域 专利库 专利分类库 国际专利分类库

热门服务

会员版试用 API 数据接口 找代理 知嘟嘟专利交易 排行榜 大学排行榜 专利百科

关于我们

平台介绍 战略合作 网站地图

友情链接

知嘟嘟专利交易 国家知识产权局 中国商标网

联系方式


©2019-2023 上海吉码数字技术有限公司 版权所有，并保留所有权利 沪ICP备20016256号-6 沪公网安备31011702005475号