Graphene supported Cu(I) nanocatalysts for application in CuAAC reactions and production of resin/graphene nanocomposites - [kumulative Dissertation]

Abstract

Für die Immobilisierung von Kupfer(I)-Nanopartikeln auf der Oberfläche von reduziertem Graphenoxid (r-GO) wurden sowohl die ex situ Hybridisierung als auch die in situ Kristallisationsmethode verwendet. Der aktivste Cu(I)-Katalysator, der sich auch für die großtechnische Produktion eignet, wurde für die Kupfer(I)-katalysierte Alkin-Azid (CuAAC) „Klick“-Reaktionen und die Produktion von graphenbasierten Kompositharzen ausgewählt. Die CuAAC Vernetzungsreaktionen der trivalenten Alkin- und Azid-Verbindungen unter Verwendung von thermisch reduzierten GO Cu(I)-oxid Nanokatalysatoren (TRGO-Cu2O) wurde mittels in situ DSC- und Schmelzrheologie untersucht. Durch Verwendung von 4 gew% (0.5 mol% pro funkt. Gruppe) TRGO-Cu2O konnte die Reaktionszeit und Temperatur effizient gesenkt werden. Außerdem verbesserte die feine Dispergierung der Nanopartikel, die physikalische Eigenschaften der graphenbasierten Kompositharze hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit und mechanischen Stabilität.

The immobilization of Cu(I) particles on the surface of reduced graphene oxide (r-GO) has been accomplished via both, the “ex situ hybridization” and the “in situ crystallization” method. The most active catalysts with the potential for a larger scale production had been chosen for copper(I) alkyne-azide “click” (CuAAC) crosslinking reactions/polymerizations and the production of resin/graphene nanocomposites. The CuAAC crosslinking reactions between trivalent azide and alkyne moieties using thermally reduced GO Cu(I)-oxide nanocatalysts (TRGO-Cu2O) prepared by “in situ crystallization” were investigated through in situ DSC and in situ melt-rheology measurements. It was proven that 4 wt% (0.5 mol% per functional group) TRGO-Cu2O reduced the time and the temperature required for an efficient crosslinking significantly. A resin/graphene composite with highly dispersed graphene nanoparticles, improved physical properties such as mechanical stiffness and electric conductivity efficiently.