CN109231195A - 一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法 - Google Patents

一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109231195A
CN109231195A CN201811344820.7A CN201811344820A CN109231195A CN 109231195 A CN109231195 A CN 109231195A CN 201811344820 A CN201811344820 A CN 201811344820A CN 109231195 A CN109231195 A CN 109231195A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
graphene
graphite
single side
ferric trichloride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201811344820.7A
Other languages
English (en)
Inventor
苗中正
田华雨
苗中明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yancheng Teachers University
Original Assignee
Yancheng Teachers University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yancheng Teachers University filed Critical Yancheng Teachers University
Priority to CN201811344820.7A priority Critical patent/CN109231195A/zh
Publication of CN109231195A publication Critical patent/CN109231195A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/198—Graphene oxide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法。运用熔融盐法将无水三氯化铁与石墨混合加热制备二阶石墨插层化合物，采用氧化剂和浓酸对二阶石墨烯插层化合物进行氧化插层，将产物离心清洗后加入过量双氧水剥离碳层，得到单面选择性氧化石墨烯材料。本发明制备的单面选择性氧化石墨烯，一面具备含氧基团，一面保持石墨烯本征结构，一面亲水，一面憎水，是一种非常奇特的材料，而传统的氧化石墨烯的功能化手段都适用其亲水一面，其特殊的结构有着广泛的应用潜力，步骤简单，设备要求不高，可宏量制备，适于工业或实验室操作。

Description

一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法
技术领域
本发明涉及氧化石墨烯制备领域，尤其是一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种完全由sp2杂化的碳原子构成的厚度仅为单原子层或数个单原子层的准二维晶体材料，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质的相互作用较弱，并且石墨烯片与片之间有较强的范德华力，容易产生聚集，使其难溶于水及常用的有机溶剂，这给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难。石墨烯材料的功能化可对其结构、物化性质和光电性质等方面进行有益调整，通过引入特定的官能团，赋予石墨烯新的性质，改善其成型加工性，从而拓展其应用领域。
石墨烯材料的功能化一般都是以氧化石墨烯为基础，氧化石墨烯的大量制备使石墨烯的大规模应用成为可能。Stankovich等利用异氰酸酯与氧化石墨上的羧基和羟基反应，制备了一系列异氰酸酯功能化的石墨烯，该功能化石墨烯可以在多种极性非质子溶剂中实现均匀分散，并能够长时间保持稳定，过程简单，条件温和，功能化程度高；Haddon等采用与碳纳米管功能化相类似的方法，利用十八胺上的氨基与石墨烯氧化物中的羧基反应，制得长链烷基化学改性的石墨烯，可以溶解于四氢呋喃(THF)和四氯化碳等常用有机溶剂中；Chen等通过带氨基的四苯基卟啉与石墨烯氧化物缩合，首次获得了具有分子内给体-受体结构的卟啉-石墨烯杂化材料，石墨烯与卟啉之间发生了明显的电子及能量转移，该杂化材料具有优秀的非线性光学性质；以上基于氧化石墨烯的功能化衍生物具有较好的溶解性，但由于含氧官能团的引入，破坏了石墨烯的共轭结构，使其导电性及其他性能显著降低。在石墨烯通往应用的道路上，如何实现石墨烯的可控功能化是一个亟需解决的重要的问题，目前，单面选择性氧化石墨烯的大规模可控制备方法尚无报道。
发明内容
本发明提供一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法。首先制备二阶三氯化铁石墨插层化合物(FeCl3-GIC)，三氯化铁间隔一层依次插入石墨片层间。采用氧化剂与浓酸对FeCl3-GIC进行氧化，三氯化铁与石墨片层的牢固结合阻止了浓硫酸的插层与氧化剂的渗入，保护了片层内部不被氧化。三氯化铁未插层的碳层经过浓酸插层与氧化，表面具备了大量含氧功能团，与传统的氧化石墨烯的形成过程类似，可轻易剥离。再利用双氧水与三氯化铁的反应，破坏三氯化铁石墨插层化合物的结构，剥离碳层，最终得到单面选择性氧化石墨烯材料。
本发明采用如下技术方案：
一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
(1)运用熔融盐法将无水三氯化铁与石墨混合加热制备二阶石墨插层化合物，采用氧化剂和浓酸对二阶石墨烯插层化合物进行氧化插层，将产物离心清洗；
(2)向第一步的产物中加入过量双氧水，利用双氧水与三氯化铁的反应破坏三氯化铁石墨插层化合物的结构，剥离碳层，得到单面选择性氧化石墨烯材料。
步骤(1)中的熔盐法反应温度为400℃，反应时间为4-6小时。
步骤(1)中的无水三氯化铁与石墨质量比为5∶1。
步骤(1)中的氧化剂包括氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐，过氧化钠，浓酸为浓硫酸或者浓硫酸与浓硝酸的混合物。
步骤(1)中氧化插层时间为4-48h，温度为0-80℃。
步骤(2)的双氧水与三氯化铁的反应时间为1-4h，反应温度为室温。
本发明具有如下优势：
(1)传统的氧化石墨烯材料两面都具备大量含氧基团，本发明制备的单面选择性氧化石墨烯，一面具备含氧基团，一面保持石墨烯本征结构，一面亲水，一面憎水，是一种非常奇特的材料，而传统的氧化石墨烯的功能化手段都适用其亲水一面，其特殊的结构有着广泛的应用潜力。
(2)本发明所用步骤简单，设备要求不高，可宏量制备，适于工业或实验室操作。
附图说明
图1为本发明方法制备二阶石墨插层化合物的结构示意图。
图2为本发明方法中氧化剂与浓酸对FeCl3-GIC进行氧化插层的结构示意图。
图3为本发明方法中双氧水与三氯化铁反应后的结构示意图。
图4为本发明方法制备单面选择性氧化石墨烯的结构示意图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
(1)将300mg无水三氯化铁与60mg膨胀石墨混合均匀，抽真空，密闭于50mL玻璃瓶中，400℃加热4h，制备出纯二阶石墨插层化合物。
(2)将石墨插层化合物溶于稀盐酸溶液中，抽滤烘干。
(3)将石墨插层化合物加入20mL浓硫酸与10mL的浓硝酸的混合溶液中，在冰水中(0℃)搅拌0.5小时。
(4)将360mg氯酸钠放入到溶液中，室温下搅拌12小时，将产物离心清洗。
(5)将产物加入到过量的质量分数为30％的双氧水中，反应时间为1h，得到单面选择性氧化石墨烯。
实施例2
(1)将300mg无水三氯化铁与60mg膨胀石墨混合均匀，抽真空，密闭于50mL玻璃瓶中，400℃加热6h，制备出纯二阶石墨插层化合物。
(2)将石墨插层化合物溶于稀盐酸溶液中，抽滤烘干。
(3)将石墨插层化合物加入20mL浓硫酸与10mL的浓硝酸的混合溶液中，在冰水中(0℃)搅拌0.5小时。
(4)将360mg氯酸钠放入到溶液中，室温下搅拌12小时，将产物离心清洗。
(5)将产物加入到过量的质量分数为30％的双氧水中，反应时间为1h，得到单面选择性氧化石墨烯。
实施例3
(1)将300mg无水三氯化铁与60mg膨胀石墨混合均匀，抽真空，密闭于50mL玻璃瓶中，400℃加热4h，制备出纯二阶石墨插层化合物。
(2)将石墨插层化合物溶于稀盐酸溶液中，抽滤烘干。
(3)将石墨插层化合物加入20mL浓硫酸溶液中，在冰水中(0℃)搅拌0.5小时。
(4)将360mg高锰酸钾放入到溶液中，室温下搅拌8小时，将产物离心清洗。
(5)将产物加入到过量的质量分数为30％的双氧水中，反应时间为1h，得到单面选择性氧化石墨烯。
实施例4
(1)将300mg无水三氯化铁与60mg膨胀石墨混合均匀，抽真空，密闭于50mL玻璃瓶中，400℃加热4h，制备出纯二阶石墨插层化合物。
(2)将石墨插层化合物溶于稀盐酸溶液中，抽滤烘干。
(3)将石墨插层化合物加入20mL浓硫酸与10mL的浓硝酸的混合溶液中，在冰水中(0℃)搅拌0.5小时。
(4)将360mg氯酸钠放入到溶液中，室温下搅拌12小时，将产物离心清洗。
(5)将产物加入到过量的质量分数为30％的双氧水中，反应时间为2h，得到单面选择性氧化石墨烯。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
(1)运用熔融盐法将无水三氯化铁与石墨混合加热制备二阶石墨插层化合物，采用氧化剂和浓酸对二阶石墨烯插层化合物进行氧化插层，将产物离心清洗；
(2)向第一步的产物中加入过量双氧水，利用双氧水与三氯化铁的反应破坏三氯化铁石墨插层化合物的结构，剥离碳层，得到单面选择性氧化石墨烯材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的熔盐法反应温度为400℃，反应时间为4-6小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的无水三氯化铁与石墨质量比为5∶1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的氧化剂包括氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐，过氧化钠，浓酸为浓硫酸或者浓硫酸与浓硝酸的混合物。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中氧化插层时间为4-48h，温度为0-80℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的双氧水与三氯化铁的反应时间为1-4h，反应温度为室温。
CN201811344820.7A 2018-11-05 2018-11-05 一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法 Withdrawn CN109231195A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811344820.7A CN109231195A (zh) 2018-11-05 2018-11-05 一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811344820.7A CN109231195A (zh) 2018-11-05 2018-11-05 一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109231195A true CN109231195A (zh) 2019-01-18

Family

ID=65078171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811344820.7A Withdrawn CN109231195A (zh) 2018-11-05 2018-11-05 一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109231195A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109786196A (zh) * 2019-01-23 2019-05-21 盐城师范学院 一种透射电子显微镜载网制备方法
CN110027292A (zh) * 2019-04-23 2019-07-19 盐城师范学院 一种防水防雾石墨烯玻璃的制备方法
CN110148517A (zh) * 2019-04-23 2019-08-20 盐城师范学院 单层石墨烯磁性复合膜的制备方法
CN111847439A (zh) * 2020-07-28 2020-10-30 宁波锋成先进能源材料研究院 一种氧化石墨烯的制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109786196A (zh) * 2019-01-23 2019-05-21 盐城师范学院 一种透射电子显微镜载网制备方法
CN109786196B (zh) * 2019-01-23 2021-03-02 盐城师范学院 一种透射电子显微镜载网制备方法
CN110027292A (zh) * 2019-04-23 2019-07-19 盐城师范学院 一种防水防雾石墨烯玻璃的制备方法
CN110148517A (zh) * 2019-04-23 2019-08-20 盐城师范学院 单层石墨烯磁性复合膜的制备方法
CN111847439A (zh) * 2020-07-28 2020-10-30 宁波锋成先进能源材料研究院 一种氧化石墨烯的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109231195A (zh) 一种单面选择性氧化石墨烯的制备方法
CN103451670B (zh) 一种石墨烯的电化学制备法
CN102712779A (zh) 石墨烯分散液以及石墨烯-离子液体聚合物复合材料
EP3002313A1 (en) Dispersant, preparation method therefor, and dispersion composition of carbon-based materials, containing same
CN105836804B (zh) 一种分等级结构碳插层MoS2@rGO的制备方法
US20150197481A1 (en) Derivatisation of carbon
CN108598434A (zh) 一种石墨烯/硅电极材料的静电自组装制备方法
CN109786196B (zh) 一种透射电子显微镜载网制备方法
CN104852021A (zh) 一种石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法
CN108428884A (zh) 一种大片层石墨烯与硅电极材料的制备方法
CN106276885B (zh) 高电导率氮掺杂石墨烯的快速制备方法
CN109179393A (zh) 一种边缘功能化石墨烯的制备方法
CN113860289B (zh) 一种纯化碳纳米管的方法
CN110950325A (zh) 一种化学法制备的多孔多元素掺杂石墨烯及其制备方法
Rus et al. Influence of the electrolytic medium on the performance and stability of functionalized graphene-polypyrrole nanocomposites as materials for supercapacitors
CN104332325B (zh) 一种超级电容器电极材料用石墨烯的制备方法
KR102072914B1 (ko) 수산화 반응을 이용한 친환경적으로 산화 흑연 및 산화 그래핀을 제조하는 방법
CN110015656A (zh) 一种单层石墨烯薄膜的制备方法
CN111161957A (zh) 一种太阳能电池石墨烯电极的制备方法
CN110474048A (zh) 一种三氧化二铁/褶皱石墨烯薄膜材料的制备方法
CN109761227A (zh) 一种大批量制备高质量石墨烯的方法
CN110155997A (zh) 超大单层石墨烯薄膜的气液界面自组装制备方法
CN105254875A (zh) 一种n-取代羧酸聚苯胺共价接枝石墨烯复合材料制备方法
CN110127662B (zh) 一种利用碱金属辅助炭化小分子有机溶剂制备多孔炭的方法
CN110027292A (zh) 一种防水防雾石墨烯玻璃的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20190118

WW01 Invention patent application withdrawn after publication