光-热双固化苯并噁嗪表面活性剂及其与石墨烯复合薄膜的制备与性能研究

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石墨烯有着独特的二维结构以及高电导率、高机械强度等性质,在能源、环境以及传感器方面有着巨大的应用前景。而功能化的表面活性剂,对于石墨烯的大规模生产和实现石墨烯的上述应用至关重要。本文制备了一种光-热双固化的苯并噁嗪表面活性剂,并对石墨烯/苯并噁嗪表面活性剂复合薄膜的性能进行了研究。主要研究内容如下:1、针对在制备含光活性基团的双酚化合物时Claisen-Schmidt反应产率比较低的问题,系统地分析了其原因,首次提出通过加入干燥剂保护催化剂并使反应平衡向正向移动的方法来提高产率。通过加入合适的Ca Cl2作为干燥剂,在微量三氟化硼乙醚催化剂的用量下(0.05当量),实现高产率(≥97%)合成光活性产物1,5-二(4-羟基苯基)-1,4-戊二烯-3-酮(BHPDO)。该条件可以使催化剂的用量降低90%,反应时间减少一半。当反应规模扩大到10倍时,同样可以获得高产率,证明了该方法在大规模生产中的可行性。2、通过Mannich反应合成了中间产物BHPDO2003,由于残余酚羟基对光聚合可能的阻聚作用,我们进一步使用乙酰氯与BHPDO2003发生酰化反应,制备了苯并噁嗪表面活性剂BHPDO2003-A。通过核磁、红外对产物进行表征,确定了合成产物的分子结构。通过凝胶渗透色谱分析,我们得出了BHPDO2003-A的分子量,确定其为三嵌段结构以及单嵌段结构。后续使用紫外可见光分析对BHPDO2003-A薄膜的光聚合活性进行了研究,发现0.04 mm的薄膜在365 nm紫外光照1 h后达到完全固化。最后对苯并噁嗪表面活性剂的热学性能进行了表征。3、探索了使用BHPDO2003-A表面活性剂辅助液相剥离法制备石墨烯分散液。然后制备了石墨烯/苯并噁嗪表面活性剂复合薄膜,展示了两种对石墨烯复合薄膜实现图案化效果的方法,并对石墨烯复合薄膜的电学、热学以及力学性能进行了表征。最后通过图案化的叉指石墨烯电极组装了超级电容器并进行了电化学测试,探索了石墨烯/苯并噁嗪表面活性剂复合材料在高性能电极方面的应用。
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