CN102604147A - 一种基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料及其制备方法。一种基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：1)将氧化石墨烯、染料与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A；2)向10-20mL的溶液A中加入15-30mL的含有氧化剂的水溶液，含有氧化剂的水溶液的浓度为0.1-1mol/L，搅拌2-5分钟，然后在0-20℃下静置24-36小时；3)过滤，沉淀物用甲醇、稀酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时，即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。本发明反应条件温和，工艺简单，大规模生产成本低。

Description

一种基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一类基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的制备方法，可用于导电材料、吸水材料等领域。
背景技术
常见的高分子材料如聚乙烯、聚氯乙稀、聚苯乙烯、环氧树脂、尼龙等被认为是电绝缘材料。但自从上世纪七十年代发现导电能力的聚乙炔后，经过四十多年的发展，导电高分子材料已成为一个新兴的多学科交叉的研究领域。导电高分子材料具有特殊的结构和优异的物理化学性，使其在电子显示、光电子器件、传感器、电磁屏蔽和金属防腐等领域有着广泛、诱人的应用前景。制备性能优良的导电高分子材料具有及其重要的理论意义与实用价值。如何实现导电高分子材料的自组装是一项具有挑战性的任务。
石墨烯是一种新型二维纳米材料，它以天然石墨为原料，可大量生产，价格低廉。而且它具有长程共轭结构，优良的热学、力学、电学性能。但是与碳60和碳纳米管一样，石墨烯容易在溶液中与固体状态下聚集，从而限制了石墨烯的应用。而氧化石墨烯表面含有大量的羟基、羧基和羰基等含氧官能团，可以较好的溶解分散在水或有机溶剂中，减少片与片之间的聚集，有利于其均匀分散及成型加工。将综合性能优异的二维纳米结构的氧化石墨烯分散在高分子中，可提高复合材料的力学等性能，有望在应用在电子、机械、航空、航天等领域。
研究发现，将导电高分子材料与石墨烯复合后得到的材料，可以较好的改善石墨烯的分散性，既具有导电高分子材料的光电性能，又具有高的力学性能。目前导电高分子与石墨烯复合材料的合成方法大体可分为化学方法和电化学方法。与常规制备复合材料的共混方法相比，化学共聚法可以利用导电高分子的共轭结构与石墨烯长程共轭结构，实现导电高分子与石墨烯在微观层次上紧密结合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的制备方法，该方法反应条件温和，工艺简单，生产成本低。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
1)将氧化石墨烯、染料与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A，溶液A中氧化石墨烯的质量百分比浓度为0.2-1wt％，染料的浓度为0.05-0.15mol/L，吡咯单体的浓度为0.05-0.5mol/L；
2)向10-20mL的溶液A中加入15-30mL的含有氧化剂的水溶液，含有氧化剂的水溶液的浓度为0.1-1mol/L，搅拌2-5分钟，然后在0-20℃下静置24-36小时，得到生成有沉淀的混合物；
3)将生成有沉淀的混合物过滤(除去滤液，留下沉淀物)，沉淀物用甲醇、稀酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时，即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。
所述氧化石墨烯按照文献报道(Adv.Funct.Mater.2009，19，2297-2302)的方法制备。
所述染料为甲基橙、酸性大红G或直接红31。
所述氧化剂为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁或过硫酸铵。
所述稀酸为稀盐酸、稀醋酸或稀硫酸。
上述基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料具有与海绵类似的疏松绵软的结构，该材料在导电材料、吸水材料等领域具有重要的应用前景。
本发明的有益效果是：1)在制备方法上，将聚吡咯的自组装与氧化石墨烯的复合相结合，一步法得到了具有海绵结构的基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料；2)本发明反应条件温和，工艺简单，大规模生产成本低，并可控制复合材料中各组分含量，在吸水材料、导电材料等领域有较好的应用前景。
附图说明
图1是实施例1基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
1)按照文献报道的方法制备氧化石墨烯(Adv.Funct.Mater.2009，19，2297-2302)；
2)将氧化石墨烯、直接红31与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A，溶液A中氧化石墨烯的质量百分比浓度为0.2wt％，直接红31的浓度为0.05mol/L，吡咯单体的浓度为0.05mol/L；
3)向10mL的溶液A中加入20mL的0.1mol/L氯化铁溶液，搅拌2分钟，然后在0℃下静置24小时；
4)将生成的沉淀过滤，用甲醇、稀盐酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时，即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。
基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料(产品)捏在手上就像海绵一样软绵绵的。图1是这个产品的扫描电镜照片，可以看出产品具有较多微观空隙，这与海绵结构类似。
实施例2：
1)同实施例1中的步骤1)；
2)将氧化石墨烯、甲基橙与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A，溶液A中氧化石墨烯的质量百分比浓度为0.3wt％，甲基橙的浓度为0.1mol/L，吡咯单体的浓度为0.08mol/L；
3)向15mL的溶液A中加入15mL的0.2mol/L硝酸铁溶液，搅拌3分钟，然后在10℃下静置30小时；
4)将生成的沉淀过滤，用甲醇、稀醋酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时，即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。
实施例3：
1)同实施例1中的步骤1)；
2)将氧化石墨烯、酸性大红G与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A，溶液A中氧化石墨烯的质量百分比浓度为0.5wt％，酸性大红G的浓度为0.15mol/L，吡咯单体的浓度为0.1mol/L；
3)向20mL的溶液A中加入30mL的0.1mol/L硫酸铁溶液，搅拌4分钟，然后在20℃下静置24小时；
4)将生成的沉淀过滤，用甲醇、稀硫酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时，即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。
实施例4：
1)同实施例1中的步骤1)；
2)将氧化石墨烯、直接红31与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A，溶液A中氧化石墨烯的质量百分比浓度为0.6wt％，直接红31的浓度为0.1mol/L，吡咯单体的浓度为0.2mol/L；
3)向20mL的溶液A中加入20mL的0.3mol/L过硫酸铵溶液，搅拌5分钟，然后在20℃下静置36小时；
4)将生成的沉淀过滤，用甲醇、稀硫酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。
实施例5：
1)同实施例1中的步骤1)；
2)将氧化石墨烯、甲基橙与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A，溶液A中氧化石墨烯的质量百分比浓度为0.2wt％，染料(甲基橙)的浓度为0.1mol/L，吡咯单体的浓度为0.3mol/L；
3)向10mL的溶液A中加入15mL的0.3mol/L过硫酸铵溶液，搅拌2分钟，然后在20℃下静置24小时；
4)将生成的沉淀过滤，用甲醇、稀盐酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。
实施例6：
1)同实施例1中的步骤1)；
2)将氧化石墨烯、酸性大红G与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A，溶液A中氧化石墨烯的质量百分比浓度为0.5wt％，酸性大红G的浓度为0.15mol/L，吡咯单体的浓度为0.4mol/L；
3)向15mL的溶液A中加入20mL的0.4mol/L硝酸铁溶液，搅拌2分钟，然后在10℃下静置36小时；
4)将生成的沉淀过滤，用甲醇、稀硫酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。
实施例7：
1)同实施例1中的步骤1)；
2)将氧化石墨烯、直接红31与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A，溶液A中氧化石墨烯的质量百分比浓度为0.6wt％，直接红31的浓度为0.05mol/L，吡咯单体的浓度为0.2mol/L；
3)向10mL的溶液A中加入25mL的0.5mol/L硫酸铁溶液，搅拌3分钟，然后在20℃下静置32小时；
4)将生成的沉淀过滤，用甲醇、稀硫酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时，即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。
实施例8：
1)同实施例1中的步骤1)；
2)将氧化石墨烯、直接红31与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A，溶液A中氧化石墨烯的质量百分比浓度为1.0wt％，直接红31的浓度为0.05mol/L，吡咯单体的浓度为0.5mol/L；
3)向10mL的溶液A中加入25mL的1.0mol/L硫酸铁溶液，搅拌3分钟，然后在20℃下静置32小时；
4)将生成的沉淀过滤，用甲醇、稀硫酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时，即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明；在此不一一列举实施例。本发明的工艺参数(如温度、时间等)的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (4)

1.一种基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
1)将氧化石墨烯、染料与吡咯单体分别加入去离子水中，得到溶液A，溶液A中氧化石墨烯的质量百分比浓度为0.2-1wt％，染料的浓度为0.05-0.15mol/L，吡咯单体的浓度为0.05-0.5mol/L；
2)向10-20mL的溶液A中加入15-30mL的含有氧化剂的水溶液，含有氧化剂的水溶液的浓度为0.1-1mol/L，搅拌2-5分钟，然后在0-20℃下静置24-36小时，得到生成有沉淀的混合物；
3)将生成有沉淀的混合物过滤，沉淀物用甲醇、稀酸、蒸馏水各洗涤3次，然后在室温下真空干燥24小时，即得到基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的制备方法，其特征在于：所述染料为甲基橙、酸性大红G或直接红31。
3.根据权利要求1所述的一种基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的制备方法，其特征在于：所述氧化剂为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁或过硫酸铵。
4.根据权利要求1所述的一种基于聚吡咯与氧化石墨烯的海绵结构材料的制备方法，其特征在于：所述稀酸为稀盐酸、稀醋酸或稀硫酸。
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