CN105923624A - 一种改性石墨烯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性石墨烯的制备方法,配置浓度为0.01‑3.0 mg/mL的氧化石墨烯/水分散液;在氧化石墨烯/水分散液中加入荧光素钠并搅拌;再加入碱溶液调节体系pH值为9‑10;加入化学还原剂,在60‑95摄氏度下反应10‑100小时,并冷却至室温;将体系抽滤或离心,并用乙醇和去离子水洗涤至近中性或中性,于40‑80摄氏度干燥至恒重,即得到改性石墨烯。本发明有利于提高和改善石墨烯在水和有机溶剂中的分散性,本制备方法简单,条件温和,易于操作和控制。

Description

一种改性石墨烯的制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯材料与制备,具体的说涉及一种改性石墨烯的制备方法,属于石墨烯材料领域。
背景技术
石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料,具有优异的电性能、机械性能和热性能等,因此,它已成为纳米材料领域的研究热点和重点。然而,石墨烯的表面呈惰性状态,与其他介质之间的相互作用弱,且石墨烯片层之间具有较强的范德华力,导致其亲水、亲油性都差,使得它的分散性差,很容易团聚,降低了界面的高效利用,从而大大限制了它在储能、复合材料、催化和电子器件等领域的进一步研究和应用范围。
可以通过共价键和非共价键的改性方法来提高和增加石墨烯的分散。共价键的改性方法一般会破坏石墨烯表面的规整度和共轭结构,从而影响它的导电、导热等性能。而非共价键的改性方法是利用改性剂分子与石墨烯之间发生氢键、π-π相互作用和范德华力等相互作用来提高石墨烯的分散性,也可以最大程度保持石墨烯表面的规整度和共轭结构。虽然目前关于非共价键改性石墨烯的研究和报道已有不少,但其制备过程一般较复杂,不易于控制和操作,而且效果也还不理想。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的是提供一种制备简单,条件温和,易于操作和控制的改性石墨烯的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种改性石墨烯的制备方法,制备步骤如下,
S10,将氧化石墨烯分散在去离子水中,常温超声搅拌0.5-16小时,得到浓度为0.01-3.0mg/mL的氧化石墨烯/水分散液;
S20,在上述氧化石墨烯/水分散液中加入改性剂荧光素钠,在20-60摄氏度下搅拌0.1-10小时;
S30,在S20所得体系中,加入碱溶液,搅拌0.1-10小时,调节体系pH值为9-10;
S40,在S30所得体系中,加入化学还原剂,在60-95摄氏度下反应10-100小时,并冷却至室温;
S50,将S40所得体系抽滤或离心,并用乙醇和去离子水洗涤至近中性或中性,在大气或者真空环境下,于40-80摄氏度干燥至恒重,即得到改性石墨烯;
其中,氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂三者质量比为1:1-30:1-50。
述化学还原剂为水合肼、维生素C或葡萄糖。
所述碱溶液为浓度0.1-2.0mol/L的氢氧化钠溶液或质量浓度25%-28%的氨水溶液。
与现有方法相比,本发明具有如下有益效果:
1、本发明选取的改性剂为荧光素钠,其分子含有羟基、酯基和共轭结构等,可以与氧化石墨烯中的羰基和羧基等含氧基团发生氢键和π-π等非共价键相互作用,通过被还原而得到的改性石墨烯中也含有羟基和共轭等基团和结构,有利于提高和改善石墨烯在水和有机溶剂中的分散性。
2、本发明选取的改性剂为荧光素钠,可以通过购买市售品或合成制备获得,材料易于获得,溶解性能好,化学稳定性好,成本低。
3、本发明选取的化学还原剂,可以通过购买市售品或合成制备获得,材料易于获得,价格低廉,溶解性能好,化学稳定性好。
4、该制备方法简单,条件温和,易于操作和控制。
本发明除了制备过程相对更容易,简便外,本方法得到的改性石墨烯在提高分散性方面也有提高,肉眼就可以明显看出。
附图说明
图1-本发明改性石墨烯的制备流程图。
具体实施方式
本发明改性石墨烯的制备方法,制备步骤如下,请同时参见图1,
S10,将氧化石墨烯分散在去离子水中,常温超声搅拌0.5-16小时,得到浓度为0.01-3.0mg/mL的氧化石墨烯/水分散液;
S20,在上述氧化石墨烯/水分散液中加入改性剂荧光素钠,在20-60摄氏度下搅拌0.1-10小时;
S30,在S20所得体系中,加入碱溶液,搅拌0.1-10小时,调节体系pH值为9-10;所述碱溶液为浓度0.1-2.0mol/L的氢氧化钠溶液或质量浓度25%-28%的氨水溶液。
S40,在S30所得体系中,加入化学还原剂,如水合肼、维生素C或葡萄糖等,在60-95摄氏度下反应10-100小时,并冷却至室温;
S50,将S40所得体系抽滤或离心,并用乙醇和去离子水反复交替洗涤至近中性或中性,在大气或者真空环境下,于40-80摄氏度干燥至恒重,即得到改性石墨烯;
其中,氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂三者质量比为1:1-30:1-50,更优选的质量比范围是1:3-10:3-10。
本发明利用改性剂荧光素钠,来非共价键改性石墨烯,从而提高石墨烯在水和有机溶剂中的分散性。改性剂荧光素钠可以通过购买市售品或合成制备获得,化学稳定性好,溶解性能好,其分子结构式如下:
其他原料氧化石墨烯和化学还原剂(如水合肼、维生素C和葡萄糖等),也均可通过购买市售品或合成制备得到。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
首先将氧化石墨烯分散在去离子水中,常温超声搅拌1小时,得到浓度为0.05mg/mL的氧化石墨烯/水分散液;其次加入改性剂,即荧光素钠,在25摄氏度下搅拌2小时;然后加入浓度为1.0mol/L的氢氧化钠水溶液,搅拌0.5小时,调节pH值为9-10;再加入化学还原剂水合肼,在80摄氏度下反应48小时。最后,将上述样品抽滤,并用大量乙醇和去离子水洗涤至近中性或中性,在大气环境下,于50摄氏度干燥至恒重,即得到改性石墨烯。
按质量比,氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂为1:5:10。
实施例2
首先将氧化石墨烯分散在去离子水中,常温超声搅拌3小时,得到浓度为0.1mg/mL的氧化石墨烯/水分散液;其次加入改性剂,即荧光素钠,在30摄氏度下搅拌2小时;然后加入浓度为2.0mol/L的氢氧化钠水溶液,搅拌3小时,调节pH值为9-10;再加入化学还原剂维生素C,在90摄氏度下反应32小时。最后,将上述样品抽滤,并用大量乙醇和去离子水洗涤至近中性或中性,在大气环境下,于60摄氏度干燥至恒重,即得到改性石墨烯。
按质量比,氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂为1:10:20。
实施例3
首先将氧化石墨烯分散在去离子水中,常温超声搅拌5小时,得到浓度为0.5mg/mL的氧化石墨烯/水分散液;其次加入改性剂,即荧光素钠,在40摄氏度下搅拌1小时;然后加入浓度为25%-28%的氨水溶液,搅拌2小时,调节pH值为9-10;再加入化学还原剂葡萄糖,在95摄氏度下反应24小时。最后,将上述样品离心,并用大量乙醇和去离子水洗涤至近中性或中性,在真空环境下,于65摄氏度干燥至恒重,即得到改性石墨烯。
按质量比,氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂为1:20:50。
实施例4
首先将氧化石墨烯分散在去离子水中,常温超声搅拌10小时,得到浓度为2.0mg/mL的氧化石墨烯/水分散液;其次加入改性剂,即荧光素钠,在50摄氏度下搅拌0.5小时;然后加入浓度为25%-28%的氨水溶液,搅拌1小时,调节pH值为9-10;再加入化学还原剂葡萄糖,在95摄氏度下反应48小时。最后,将上述样品离心,并用大量乙醇和去离子水洗涤至近中性或中性,在真空环境下,于70摄氏度干燥至恒重,即得到改性石墨烯。
按质量比,氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂为1:4:15。
研究发现,(1)氧化石墨烯/水分散溶液的浓度小一点,反应更容易,后续的还原反应也会完全一些;(2)反应时间长一些,还原成石墨烯的量会更多一点,性能会更优一些。综合来说,实施例1、2得到的改性石墨烯在分散性上比实施例3、4要好。
最后需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种改性石墨烯的制备方法,其特征在于:制备步骤如下,
S10,将氧化石墨烯分散在去离子水中,常温超声搅拌0.5-16小时,得到浓度为0.01-3.0 mg/mL的氧化石墨烯/水分散液;
S20,在上述氧化石墨烯/水分散液中加入改性剂荧光素钠,在20-60摄氏度下搅拌0.1-10小时;
S30,在S20所得体系中,加入碱溶液,搅拌0.1-10小时,调节体系pH值为9-10;
S40,在S30所得体系中,加入化学还原剂,在60-95摄氏度下反应10-100小时,并冷却至室温;
S50,将S40所得体系抽滤或离心,并用乙醇和去离子水洗涤至近中性或中性,在大气或者真空环境下,于40-80摄氏度干燥至恒重,即得到改性石墨烯;
其中,氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂三者质量比为1:1-30:1-50。
2.根据权利要求1所述的改性石墨烯的制备方法,其特征在于:所述化学还原剂为水合肼、维生素C或葡萄糖。
3.根据权利要求1所述的改性石墨烯的制备方法,其特征在于:所述碱溶液为浓度0.1-2.0 mol/L的氢氧化钠溶液或质量浓度25%-28%的氨水溶液。
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