專利名稱：一種綠色高效不飽和碳基材料制備方法
技術領域：
本發明涉及一種不飽和碳基材料制備方法，屬于化學化工領域。涉及以取代甲烷、取代こ烯、取代環己烷為起始物，利用堿致碳碳偶聯聚合制備不飽和碳基材料的方法。是ー類反應條件較為溫和，易于大規模生產放大的的不飽和碳基材料制備方法。
背景技術：
不飽和碳基材料是ー類應用前景廣闊、潛力巨大的碳基功能材料，其中的石墨烯(Graphene)、碳納米管、碳基量子點、苯并稠環、導電聚合物等已被廣泛應用到新型的光電材料、信息存儲、傳感檢測、化工催化等眾多領域。石墨烯是這類材料的典型代表之一，它是一種只有ー個碳原子厚度的平面薄膜材料。由于其杰出的光電物理性質，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管、透明觸控屏幕、光板、甚至是太 陽能電池。自2004年石墨烯這類不飽和碳基材料被首次發現與制備出來后，引起全球科學界的極大興趣，并相繼發明一系列的制備石墨烯方法。已有的石墨烯制備方法可大致分為物理方法和化學方法兩類。現有的物理方法主要是通過微機械剝離、液相或氣相直接剝離等手段，把單層石墨片從石墨晶體中剝離出來，這種方法獲得的單層石墨片比較完整，但缺點是此法利用摩擦石墨表面獲得的薄片來篩選出單層的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，并且通過微機械剝離方法制備得到的石墨烯生產成本昂貴，而通過液相或氣相直接剝離方法往往會得到ー堆石墨烯爛泥，難以分析與控制其物理性質，不利于エ業化推廣。化學法制備石墨烯這類不飽和碳基材料從基本原理上可分為化學氣相沉積法、晶體外延生長法、氧化還原法三類。現有的氧化還原法主要是以石墨為原料，先將其氧化制成可在溶液中分散的單層或多層氧化石墨，然后再用還原劑(如肼等)將其還原成薄層的石墨烯。盡管這種方法可以大量生產單層石墨，但由于被氧化的石墨較難被還原，從而導致其電學性能不足。而所謂的氣相沉積法或晶體外延生長法基本都是基于將含碳的化合物通過化學反應或催化分解，將分子狀態的碳轉變成原子狀態的碳，然后通過氣相沉積或外沿生長等方式讓碳原子在基底表面重新形成不飽和稠環結構的石墨烯。盡管這類方法基本可以實現一定規模的石墨烯制備，但仍存不足。ー是需要超高溫反應，設備昂貴、能耗高；ニ是反應往往需要使用稀有金屬釕為基質或使用極其危險易燃的鈉、鉀等堿金屬為原料，操作條件苛刻，生廣成本聞等。由此可見，現有的石墨稀這類不飽和碳基材料制備方法都存在一定不足，無法滿足緑色高效的大規模制備需求。
發明內容
本發明通過ー種全新的化學機制，提供了簡單高效、并易于大規模生產放大的、綠色節能途徑制備不飽和碳基材料。本發明采用取代甲烷、取代こ烯或取代環己烷為起始物，通過將其在較溫和反應條件下的堿化分解，生成化學活潑的含碳反應中間體，然后聚合成不飽和碳基材料。這里所述的堿致碳碳偶聯聚合的不飽和碳基材料制備方法所用的起始物為取代甲烷(I)、取代こ烯(II)或取代環己烷(III)及其衍生物。其分子結構式為
權利要求
1.一種利用取代甲烷(I)、取代乙烯(II)或取代環己烷(III)為起始物的，堿致碳碳偶聯聚合制備不飽和碳基材料的方法。
所用的起始物分子結構式為
2.根據權利要求I所述的堿致碳碳偶聯聚合制備不飽和碳基材料的方法，所用起始物中的 Rp R2> R3> R4 取代基可以分別是 H、F、Cl、Br、I、R、CX13, CX1X2X3, Ar、NO2, 0R、SR、SO2R,SOR、S03R、NHR、NRR1、CHO、COR、CH2OR, CO2R, 0C0R、OCOCH2R, CHYCHO, CY2CHO, CHYCO2R, CHY0R、SiX1X2X3中任何一種原子或原子團。其中這里所述的乂丨^^和匕可以分別是!!、？、^、Br、I、NO2, OR、SR、NHR、NRR1、(CH2)nCHO' (CH2)nCO2R, (CH2)nX1 中的任何一種原子或原子團，而這里所述的Ar可以是單環或多環的芳香環或芳雜環取代基。在這類不飽和碳基材料制備中，所用的起始物既可以是上述的單一組分，也可以是至少含有上述一種組分的多組分混合物。
3.根據權利要求I所述的堿致碳碳偶聯聚合的不飽和碳基材料制備方法，所用的堿既可以是金屬活潑性順序排在氫原子前面的金屬，也可以是含有堿金屬、堿土金屬的無機堿、有機堿或堿性氧化物，還可以是分子中含氮或磷原子的有機堿或無機堿。
4.根據權利要求I和3所述的堿致碳碳偶聯聚合的不飽和碳基材料制備方法，所用的無機堿可以是金屬的氫氧化物、金屬的氫化物、金屬的氨化物、金屬的羥氨化物、金屬的肼化物、金屬的硫化物、金屬的硫氰化物、金屬的碳酸鹽、金屬的磷酸鹽等，也可以是含氮或磷原子的無機化合物(如氨、羥氨、肼等)。
5.根據權利要求I和3所述的堿致碳碳偶聯聚合的不飽和碳基材料制備方法，所述的有機堿可以是金屬的烷基化合物、金屬的烷氧化物、金屬的酚氧化物、金屬的胺化物及其它有機氮化物、金屬的有機硫化物、金屬的有機磷化物、金屬的有機肼化物、其它有機金屬化合物及含氮或磷原子的有機化合物。
6.根據權利要求I所述的堿致碳碳偶聯聚合的不飽和碳基材料制備方法，反應溫度在-50°C和450°C之間。
7.根據權利要求I所述的堿致碳碳偶聯聚合的不飽和碳基材料制備方法，這類反應既可以是固相的，也可以是液相的；既可以在媒介中進行，也可以是非媒介反應。
8.根據權利要求I和7所述的堿致碳碳偶聯聚合的不飽和碳基材料制備方法，所述的反應媒介既可以是單一組分的，也可以是多組分的混合；所用媒介既可以是無機化合物，也可以是有機化合物或高聚物，還可以是無機物和有機物的混合。
全文摘要
本發明公開了一種不飽和碳基材料制備方法，屬于化學化工技術領域，其特征是以取代甲烷、取代乙烯、取代環己烷為起始物，堿致碳碳偶聯聚合制備不飽和碳基材料。此方法是一類反應條件較為溫和、易于大規模生產放大的不飽和碳基材料制備方法。
文檔編號C01B31/04GK102757039SQ20121024551
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月17日 優先權日2012年7月17日
發明者張曉安, 李敏杰, 聶輝 申請人:吉林大學