CN102701189A - 一种氧化石墨烯纳米分散的方法 - Google Patents

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王乃鑫
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Abstract

一种氧化石墨烯纳米分散的方法，属于氧化石墨烯分散技术领域。配制氧化石墨烯溶液，其浓度为0.01g/L-1g/L，加入阳离子聚电解质，搅拌使其混合均匀；将混合后的聚电解质/氧化石墨烯溶液超声破碎即可得到稳定分散的石墨烯溶液。该法可使氧化石墨烯从微米尺度减小到纳米尺度，并实现稳定分散。

Description

一种氧化石墨烯纳米分散的方法
技术领域
本发明涉及一种氧化石墨烯纳米分散的方法，属于氧化石墨烯分散技术领域。
背景技术
石墨烯是一种只有一个碳原子厚度的呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，是目前世界上最薄也是最坚硬的纳米材料。石墨烯由于具有良好的导电性，机械性能及物理化学性能而被广泛的应用在电子工业，传感器制备，基因测序及其他很多领域，并且由于其独特的物理性质在超薄、超轻纳米材料的制备方面具有较大应用潜力。作为一种无机纳米材料，石墨烯在溶液中的稳定分散性是其能够得到应用的关键问题之一。目前，大多数研究者将石墨烯经过强酸/强氧化剂处理制备表面带有羟基、羰基、羧基等亲水性基团的氧化石墨烯，从而使其在溶液中具有较好的分散性。然而，由于这些亲水性基团大部分存在于氧化石墨烯的边缘，因此氧化石墨烯可以看成是一种具有疏水性基体和亲水性边缘的两亲性物质，其亲水性受到氧化石墨烯尺寸大小及溶液pH值的影响。目前氧化石墨烯的尺寸大都在微米范围内，采用超声等方法可以降低氧化石墨烯的尺寸，使其在溶液中分散，然而在静置一定时间后氧化石墨烯碎片会互相团聚并发生沉降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于石墨烯在溶液中稳定分散的方法，可以使石墨烯在溶液中长时间稳定分散，并且能够使石墨烯表面得到修饰从而带有不同功能性基团，使GO从微米尺寸减小到纳米尺度，并利用外层聚电解质间的静电斥力，避免GO间的硬团聚，实现其在溶液中稳定分散的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。
该方法包括以下步骤：
（1）配制氧化石墨烯溶液，其浓度为0.01g/L-1g/L，加入阳离子聚电解质，搅拌使其混合均匀；
（2）将混合后的聚电解质/氧化石墨烯溶液超声破碎即可得到稳定分散的石墨烯溶液。
在本发明的方法中，所述的阳离子聚电解质为聚乙烯亚胺、聚二甲基二丙烯氯化铵、聚乙烯胺、壳聚糖、聚烯丙胺盐酸盐等。
在本发明的方法中，所述的氧化石墨烯：阳离子聚电解质质量比优选为1∶（1~100）。
在本发明的方法中，步骤（1）搅拌时间优选为10~240min。
在本发明的方法中，步骤（2）超声时间优选为10~120min。
上述氧化石墨烯优选为表面带有羧基、羟基或羰基等亲水性基团的石墨烯。
本发明技术方案的原理是：氧化石墨烯为两亲性物质，其表面带有少量羧基等从而显示负电性，带有电荷量的多少受到氧化石墨烯尺寸大小的影响。将GO在超声作用下分散于聚电解质溶液中，在氧化石墨烯片断裂成纳米碎片的同时利用阳离子聚电解质与氧化石墨烯之间的静电作用形成稳定的有机无机纳米杂化复合物。由于氧化石墨烯表面被阳离子聚电解质覆盖，表面带有大量正电荷，因此氧化石墨烯碎片之间被相同电荷所排斥，并且大大增加了表面亲水性基团的数量，从而使其能够在溶液中稳定存在；未经修饰的氧化石墨烯从制备后的1小时开始沉淀，48小时沉淀完全，而本发明在超声作用下聚电解质修饰改性氧化石墨烯在静置30天后并未发生沉降。
本发明提供一种在超声作用下聚电解质修饰改性氧化石墨烯，该法可使氧化石墨烯从微米尺度减小到纳米尺度，并实现稳定分散。
附图说明
图1聚电解质修饰前后的氧化石墨烯溶液超声后静置48h对比图；
图2聚电解质修饰前的氧化石墨烯片透射电镜图；
图3聚电解质修饰后的氧化石墨烯片透射电镜图。
具体实施方式
下面给出具体实例对本发明作详细的说明。
实施例1
采用聚乙烯亚胺为阳离子聚电解质，配制0.1g/L的氧化石墨烯溶液500mL，向其中添加1.25g聚乙烯亚胺（氧化石墨烯：聚乙烯亚胺质量比为1∶25），搅拌120min使其混合均匀，将混合后的聚电解质/氧化石墨烯溶液超声破碎30min即可得到稳定分散的石墨烯溶液。
采用本方法对聚电解质修饰前后的氧化石墨烯溶液超声后静置48h进行对比（图1），未经过修饰的氧化石墨烯溶液超声后静置48h后，可以看出未经过修饰的氧化石墨烯完全沉淀，并有了明显的固液层面，上层为清澈的纯液体，下层为沉淀的固体层；采用聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯溶液超声后静置48h，可以看出本发明的改性石墨烯溶液并未发生沉淀，通过对比可以看出，经过聚电解质修饰的氧化石墨烯超声后可在溶液中长时间稳定分散。图2为未经过修饰的氧化石墨烯超声后的TEM图，图3为采用聚乙烯亚胺修饰的氧化石墨烯超声后的TEM图，从图中可以看出，采用聚电解质修饰后的氧化石墨烯超声后尺寸从微米级降低到纳米级，因此更有利于氧化石墨烯碎片的分散。
实施例2
采用聚乙烯亚胺为阳离子聚电解质，配制0.1g/L的氧化石墨烯溶液500mL，向其中添加2.5g聚乙烯亚胺（氧化石墨烯：聚乙烯亚胺质量比为1∶50），搅拌180min使其混合均匀，将混合后的聚电解质/氧化石墨烯溶液超声破碎45min即可得到稳定分散的石墨烯溶液。分散后的结果与实施例1相同。
实施例3
采用聚乙烯亚胺为阳离子聚电解质，配制0.1g/L的氧化石墨烯溶液500mL，向其中添加3.75g聚乙烯亚胺（氧化石墨烯：聚乙烯亚胺质量比为1∶75），搅拌180min使其混合均匀，将混合后的聚电解质/氧化石墨烯溶液超声破碎60min即可得到稳定分散的石墨烯溶液。分散后的结果与实施例1相同。
实施例4
采用聚二甲基二丙烯氯化铵为阳离子聚电解质，配制0.1g/L的氧化石墨烯溶液500mL，向其中添加5g聚二甲基二丙烯氯化铵（氧化石墨烯：聚二甲基二丙烯氯化铵质量比为1∶100），搅拌240min使其混合均匀，将混合后的聚电解质/氧化石墨烯溶液超声破碎120min即可得到稳定分散的石墨烯溶液。分散后的结果与实施例1相同。

Claims (5)

1.一种氧化石墨烯纳米分散的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配制氧化石墨烯溶液，其浓度为0.01g/L-1g/L，加入阳离子聚电解质，搅拌使其混合均匀；
（2）将混合后的聚电解质/氧化石墨烯溶液超声破碎即可得到稳定分散的氧化石墨烯溶液。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的阳离子聚电解质为聚乙烯亚胺、聚二甲基二丙烯氯化铵、聚乙烯胺、壳聚糖或聚烯丙胺盐酸盐。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯：阳离子聚电解质质量比优选为1∶（1~100）。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤（1）搅拌时间优选为10~240min。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤（2）超声时间优选为10~120min。
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