[发明专利]一种基于微波合成法制备石墨烯/金属酞菁复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯/金属酞菁复合材料技术领域，具体涉及一种基于微波合成法制备石墨烯/金属酞菁复合材料的方法。

背景技术

英国曼彻斯特大学的海姆等人于2004年首次通过胶带反复剥离石墨片，成功制得了稳定存在的石墨烯[参见：Novoselov K.S,Geim A.K,Morozov S.V,Science,2004,306(5696):666-669]。作为一种二维结构的新型材料，石墨烯的优异性能受到了人们的广泛关注，它拥有机械强度高、大比表面积、极强的电子传导能力、可加工性好、电催化性能好等优良特性，应用前景广泛[参见：Geim  A.K，Novoselov K.S，Nat.Mater.2007，6(3):183-191]。

自由酞菁（H₂Pc）分子是四氮大环配体的重要种类，具有高度共轭π体系。它能与金属离子形成金属酞菁配合物（MPc），其分子结构式如图1（b）。这类配合物具有半导体、光电导、光化学反应活性、荧光、光存储等特性以及良好的热稳定性和化学稳定性，因此金属酞菁在光电转换、电催化、信息储存、传感器、生物模拟及工业染料等方面有重要的应用。

鉴于二者单独的优良性能，石墨烯/金属酞菁复合材料的制备研究受到了人们的广泛关注。目前，此类复合材料的制备方法通常是简单的物理混合或通过共价键相连[参见：Journal of Power Sources 197(2012)93-96]，[参见：Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,1-6]，[参见：CARBON49(2011)1900-1905]。本发明的目的是为了提供一种简单、快速、高效的利用微波合成技术，以金属离子为模板，并且石墨烯具有诱导效应的生成石墨烯/金属酞菁复合材料的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微波合成法制备石墨烯/金属酞菁复合材料的方法。通过在适当的有机溶剂中，将石墨烯和合成金属酞菁配合物所需的相应前驱体、金属盐混合，在微波的作用下，前驱体分子以金属离子为模板在石墨烯表面生成相应的金属酞菁配合物，最终形成稳定的石墨烯/金属酞菁复合材料，在此过程中，石墨烯还具有诱导效应，促进金属酞菁的合成和负载，使得最终产品金属酞菁的负载增加。

一种基于微波合成法制备石墨烯/金属酞菁复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将石墨烯加入到有机溶剂中，加入量为每毫升有机溶剂对应1～10mg石墨烯，超声波分散10～30min,得到石墨烯悬浊液；

2）将前驱体和金属盐按摩尔比2～9:1充分混合后，加入到上述所得的石墨烯悬浊液中，前驱体和金属盐混合物的总质量与石墨烯的质量比为2～11:1，在90～160℃微波条件下，微波反应5～50min,产物经无水乙醇回流，然后过滤、无水乙醇淋洗至滤液为无色后，再于40～100℃真空干燥6～30小时，得到黑色粉末状产物，即石墨烯/金属酞菁复合材料。

其中,所述的石墨烯厚度优选为1～12nm，步骤1）中所述的有机溶剂为乙二醇、N,N—二甲基氨基乙醇、N,N—二甲基乙酰胺或N,N—二甲基甲酰胺中的一种；步骤2）中所述的前驱体为邻苯二腈及其衍生物，见图1(a)，结构式中X=H、R、OR、F、NO₂、Cl、Br、I，Y=H、R、OR、F、NO₂、Cl、Br、I，其中R=C_nH_2n+1n为1～12的自然数；步骤2）中所述的金属盐为FeCl₂·4H₂O、CoCl₂·6H₂O、CuCl₂·2H₂O、ZnCl₂·2H₂O、NiCl₂·6H₂O、AlCl₃·6H₂O、MgCl₂·6H₂O或MnCl₂·4H₂O中的一种。

本发明的优点：

1）本发明中微波合成法制备石墨烯/金属酞菁复合材料的方法设备、操作简单，反应快速。

2）本发明所制备的石墨烯/金属酞菁复合材料在微波作用下，石墨烯与酞菁分子之间通过π-π相互作用，金属酞菁配合物在石墨烯诱导下在较低温度下快速大量堆积在石墨烯表面。

附图说明