CN110203918B - 氨基化石墨烯及其制备方法 - Google Patents

氨基化石墨烯及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110203918B
CN110203918B CN201910499976.0A CN201910499976A CN110203918B CN 110203918 B CN110203918 B CN 110203918B CN 201910499976 A CN201910499976 A CN 201910499976A CN 110203918 B CN110203918 B CN 110203918B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
graphite
aminated
reaction
compound
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.)
Active
Application number
CN201910499976.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110203918A (zh
Inventor
张兴祥
王玉周
曹瑞瑞
刘海辉
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.)
Tianjin Polytechnic University
Original Assignee
Tianjin Polytechnic 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 Tianjin Polytechnic University filed Critical Tianjin Polytechnic University
Priority to CN201910499976.0A priority Critical patent/CN110203918B/zh
Publication of CN110203918A publication Critical patent/CN110203918A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110203918B publication Critical patent/CN110203918B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • C01B32/184—Preparation
    • C01B32/19—Preparation by exfoliation
    • 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
    • C01B32/194—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/02—Single layer graphene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/04—Specific amount of layers or specific thickness
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties

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

本发明公开了一种氨基化石墨烯及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：将石墨烯与烯烃化合物进行狄尔斯‑阿尔德反应得到中间产物，将氨基化合物与中间产物进行反应，得到氨基化石墨烯。本发明的方法对石墨烯片层结构的破坏较小。

Description

氨基化石墨烯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种氨基化石墨烯及其制备方法。
背景技术
石墨烯为由sp2杂化碳原子组成六角形且呈现蜂巢晶格结构的平面薄膜，具有优异的电学性能、力学性能及热传导性能。石墨烯在超级电容器、生物传感器、透明电极、催化、水处理、聚合物增强等领域具有潜在的应用前景。石墨烯的宏量可控制备成为其进一步工业化应用的先决条件。
CN106976870A公开了一种用均质机高效剥离石墨制备石墨烯片的方法。上述方法获得的石墨烯表面不含有任何的官能团，片层间的范德华力使得石墨烯片层堆叠。由此，纯石墨烯与聚合物基质之间的相容性极差，阻碍了石墨烯在很多领域的应用。
通过化学修饰在石墨烯表面引入功能团(例如氨基)可以提高石墨烯与聚合物的相容性。氨基化石墨烯可以用于高分子材料，但实现氨基化石墨烯的工业化生产尚需研究。CN108793148A公开了一种工业氨基化石墨烯的制备方法，首先对石墨进行机械剥离，再加入氧化剂进行氧化，然后通过氯化剂对氧化石墨烯表面的羟基及羧基进行活化，最后选择二胺进行氨基化反应。由于该方法使用大量强酸、强氧化剂及其他有机溶剂，因而会产生大量废水，并且石墨烯片缺陷较大，影响其性能。CN108793148A公开了一种氨基化石墨烯的连续化生产方法，对石墨进行酸化、氧化、酰氯化、氨基化等处理，得到氨基化石墨烯。该方法工艺繁琐，对石墨烯片层的破坏较大。
CN104371115A公开了一种聚合物接枝氧化石墨烯母粒的制备方法，将马来酸酐接枝氧化石墨烯添加到基体(MAPP)中得到的复合材料，相对于未添加改性氧化石墨烯的聚合物来说，具有很好的阻燃性能、热稳定性、结晶性等。但上述方法依然对石墨烯片层的破坏较大。CN105482533A公开了一种甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料的制备：(1)制备氧化石墨烯；(2)将马来酸酐于75℃的油浴锅中搅拌溶解，然后将氧化石墨烯加入溶解的马来酸酐中反应3h，再添加蒸馏水并升温到86℃反应16h，最后抽滤、洗涤、干燥、研磨制得马来酸酐改性的氧化石墨烯；(3)将马来酸酐改性的氧化石墨烯分散在二甲基甲酰胺中，然后加入甲硝唑、二环己基二亚胺和4-二甲氨基吡啶，在氮气保护下，80℃反应48h，制得甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料。上述方法仍然需要首先氧化石墨烯，然后通过氧化石墨烯形成的官能团与马来酸酐进行开环反应，得到马来酸酐改性的氧化石墨烯，从而对石墨烯片层的破坏较大。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种氨基化石墨烯的制备方法，其对片层结构的破坏较小。本发明进一步的目的在于提供一种氨基化石墨烯的制备方法，其可以获得氨基化程度较高的石墨烯。本发明更进一步的目的在于提供一种氨基化石墨烯的制备方法，其可以获得片径均匀、层数较少的氨基化石墨烯。
本发明另一个目的在于提供一种上述方法获得的氨基化石墨烯，其对片层结构的破坏较小。
一方面，本发明提供一种氨基化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
将石墨烯与烯烃化合物进行狄尔斯-阿尔德反应得到中间产物，将氨基化合物与中间产物进行反应，得到氨基化石墨烯；
其中，烯烃化合物为带有能与氨基反应的官能团的化合物，氨基化合物为具有至少两个氨基的氨基化合物。
根据本发明的制备方法，优选地，能与氨基反应的官能团选自酸酐、羧酸基、酰氯基、环氧基或异氰酸酯基。
根据本发明的制备方法，优选地，所述烯烃化合物具有如下结构：
Figure GDA0003599089660000031
式中，R1和R2分别独立地选自氢原子、C1～C6的烷基。
根据本发明的制备方法，优选地，所述烯烃化合物为马来酸酐。
根据本发明的制备方法，优选地，所述氨基化合物为具有4～16个碳原子的二胺。
根据本发明的制备方法，优选地，石墨烯与烯烃化合物的质量比为1:10～1:60；中间产物与氨基化合物的质量比为1:5～1:20。
根据本发明的制备方法，优选地，包括如下具体步骤：
将石墨烯与烯烃化合物在惰性气体保护下，在100～150℃下进行狄尔斯-阿尔德反应10～36h得到反应浆液，将反应浆液溶于有机溶剂，洗涤除去没有参与反应的烯烃化合物，得到中间产物；将氨基化合物与中间产物在80～200℃下进行反应，得到氨基化石墨烯。
根据本发明的制备方法，优选地，还包括石墨烯的制备步骤：
将石墨粉分散于插层剂水溶液中得到浓度为10～30wt％的石墨粉悬浊液；将石墨粉悬浊液在80～200MPa的压力下通过微射流均质机循环处理得到均质液；将均质液离心，取上层溶液抽滤并多次洗涤以除去插层剂，干燥得到石墨烯；
其中，插层剂水溶液中的插层剂浓度为10～100mg/ml，插层剂水溶液的表面张力为石墨的表面张力的±10mJ/m2。
根据本发明的制备方法，优选地，所述插层剂选自吐温80、十二烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯-b-聚氧乙烯共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮和聚苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐中的一种或多种；所述石墨粉选自天然石墨、膨胀石墨、热裂解石墨、鳞片石墨中的一种或多种，石墨粉的粒度为1000～6000目。
另一方面，本发明提供一种氨基化石墨烯，其通过上述制备方法得到，其具有1～6层石墨烯片结构；采用拉曼光谱中ID/IG的比值表示氨基化石墨烯的氨基化程度，ID/IG大于0.8。
本发明基于狄尔斯-阿尔德反应(D-A反应)获得氨基化石墨烯，反应条件温和，保留了石墨烯片的结构完整性、所得石墨烯的缺陷少。根据本发明优选的技术方案，中间产物化学活性高，因而可以提高石墨烯的氨基化程度。
附图说明
图1为实施例2得到的氨基化石墨烯的透射电镜图。
图2为实施例1得到的氨基化石墨烯的红外光谱图。
图3为实施例1得到的氨基化石墨烯的拉曼光图谱。
图4为氨基化石墨烯的制备工艺原理。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明的氨基化石墨烯为表面带有氨基的石墨烯。该氨基化石墨烯的制备方法包括如下步骤：将石墨烯与烯烃化合物进行狄尔斯-阿尔德反应得到中间产物，将氨基化合物与中间产物进行反应，得到氨基化石墨烯，详见图4。
在本发明中，石墨烯可以为未经氧化处理的石墨烯。这样可以减少氧化过程对石墨烯片层的破坏。石墨烯中含有共轭双键，其可以与烯烃化合物进行狄尔斯-阿尔德反应。狄尔斯-阿尔德反应(D-A反应)是一类双烯加成反应，由共轭双烯与烯烃或炔烃反应生成环的反应。狄尔斯-阿尔德反应发生在二烯体与亲二烯体之间，石墨烯通常扮演二烯体的角色。选择烯烃化合物(例如马来酸酐)作为亲二烯体与石墨烯这种二烯体进行加成反应，将马来酸酐共价接枝在石墨烯片上，为氨基化反应提供活性位点。本发明发现，采用狄尔斯-阿尔德反应获得在反应条件温和的条件下获得氨基化石墨烯。与传统的氧化再酰氯化步骤相比，本发明保留了石墨烯片的结构完整性、从而使得石墨烯结构缺陷较少。
在本发明中，烯烃化合物为带有能与氨基反应的官能团的化合物。在某些实施方案中，能与氨基反应的官能团选自酸酐、羧酸基、酰氯基、环氧基或异氰酸酯基。优选地，能与氨基反应的官能团选自酸酐、酰氯基、环氧基。更优选地，能与氨基反应的官能团为酸酐或酰氯。
根据本发明的一个实施方式，所述烯烃化合物具有如下结构：
Figure GDA0003599089660000051
式中，R1和R2分别独立地选自氢原子、C1～C6的烷基。优选地，R1和R2分别独立地选自氢原子、C1～C5的烷基。更优选地，R1和R2分别独立地选自氢原子、C1～C2的烷基。C1～C6的烷基的实例包括但不限于甲基，乙基，正丙基，异丙基，正丁基，异丁基，正戊基，异戊基，新戊基，正己基。在某些实施方案中，C1～C5的烷基为甲基，乙基，正丙基或异丙基。根据本发明的一个具体实施方式，所述烯烃化合物为马来酸酐。这样可以更加有利于保证石墨烯片层的完整性。
在本发明中，氨基化合物为具有至少两个氨基的氨基化合物。氨基化合物可以为仲胺或叔胺等。氨基化合物可以为具有4～16个碳原子的二胺，例如，脂肪族二胺或芳香族二胺。氨基化合物优选为具有4～16个碳原子的脂肪族二胺，更优选为具有6～12个碳原子的脂肪族二胺，最优选为具有8～10个碳原子的脂肪族二胺。
根据本发明的一个实施方式，所述氨基化合物选自丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、邻苯二胺中的一种或多种。作为优选，所述氨基化合物为丁二胺、己二胺或辛二胺。作为更优选，所述氨基化合物为辛二胺。这样可以提高氨基化程度。
在本发明中，石墨烯与烯烃化合物的质量比为1:10～1:60；优选为1:10～1:40；更优选为1:10～1:20。中间产物与氨基化合物的质量比为1:5～1:20；优选为1:8～1:18；更优选为1:10～1:15。这样可以改善马来酸酐接枝程度和氨基化程度。
根据本发明的一个实施方式，包括如下具体步骤：
将石墨烯与烯烃化合物在惰性气体保护下，在100～150℃下进行狄尔斯-阿尔德反应10～36h得到反应浆液，将反应浆液溶于有机溶剂，洗涤除去没有参与反应的烯烃化合物，得到中间产物；将氨基化合物与中间产物在80～200℃下进行反应，得到氨基化石墨烯。
在本发明中，将石墨烯与烯烃化合物在惰性气体保护下进行狄尔斯-阿尔德反应得到反应浆液。惰性气体可以为氮气，氩气等。狄尔斯-阿尔德反应的反应温度可以为100～150℃，优选为105～130℃，更优选为110～120℃；反应时间可以为10～36h；优选为15～30h；更优选为24～28h。这样可以兼顾反应效率和石墨烯片层的完整性。狄尔斯-阿尔德可以在搅拌条件下进行，搅拌速度并没有特别限定。
将反应浆液溶于有机溶剂，洗涤除去没有参与反应的烯烃化合物，得到中间产物。有机溶剂可以为丙酮。这样可以更加彻底地除去反应残留物，得到中间产物。中间产物的石墨烯片上所接的马来酸酐化学活性高、易与二胺发生化学反应，提高了石墨烯表面改性基团的稳定性，大大提高了氨基化石墨烯的氨基含量。氨基化石墨烯能与基体材料以化学键的形式连接，界面结合力高。
将氨基化合物与中间产物在80～200℃下进行反应，得到氨基化石墨烯。上述反应可以在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中进行。这样可以保证氨基化反应充分，从而提高石墨烯的氨基化程度。反应温度可以为80～200℃，优选为100～180℃，更优选为120～160℃；反应时间可以为10～36h；优选为15～30h；更优选为24～28h。这样可以兼顾反应效率和石墨烯片层的完整性。
本发明的制备方法还可以包括石墨烯的制备步骤，下面进行详细描述。
将石墨粉分散于插层剂水溶液中得到浓度为10～30wt％的石墨粉悬浊液；将石墨粉悬浊液在80～200MPa的压力下通过微射流均质机循环处理得到均质液；将均质液离心，取上层溶液抽滤并多次洗涤以除去插层剂，干燥得到石墨烯。
在本发明中，将石墨粉分散于插层剂水溶液中得到石墨粉悬浊液。所述石墨粉可以选自天然石墨、膨胀石墨、热裂解石墨、鳞片石墨中的一种或多种；优选为膨胀石墨或鳞片石墨。石墨粉的粒度为1000～6000目，优选为2000～5000目。
本发明的插层剂可以选自吐温80、十二烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯-b-聚氧乙烯共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮和聚苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐中的一种或多种；优选为吐温80、十二烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯-b-聚氧乙烯共聚物或聚乙烯基吡咯烷酮；更优选为吐温80或聚氧丙烯-b-聚氧乙烯共聚物。这样可以获得片层数较少的石墨烯，亦即可以获得少层率较高的石墨烯。插层剂水溶液中的插层剂浓度为10～100mg/ml，优选为10～80mg/ml，更优选为10～50mg/ml。插层剂水溶液的表面张力可以为石墨的表面张力的±10mJ/m2，优选为±5mJ/m2。表面张力可以采用常规方法测定。
在本发明中，将石墨粉悬浊液通过高压均质机循环处理得到均质液。高压均质机的实例包括微射流均质机。微射流均质机均具有Y型腔体或Z型腔体，优选为Y型腔体。微射流均质机可以为美国Microfluidics的M-110L。在80～200MPa，优选为100～180MPa，更优选为100～150MPa的压力下进行均质处理。将均质处理得到的均质液离心，取上层溶液抽滤并多次洗涤以除去插层剂，干燥得到石墨烯。
本发明通过高压均质机直接剥离石墨得到石墨烯，物料在高压均质机的两个往复运动的柱塞作用下进入可调节压力大小的阀组中，经过工作区特定宽度的限流缝隙(一般宽度为10-16mm)后到达高压腔体，在腔体里石墨粉颗粒间发生碰撞，再经过管道以极高的流量喷出，碰撞在碰撞阀组件之一的冲击环上，产生三种效应：空穴效应、撞击效应、剪切效应。这样得到的石墨烯片径均匀、缺陷小、且少层率高。
本发明还提供上述制备方法得到的氨基化石墨烯，其具有1～6层石墨烯片结构；采用拉曼光谱中ID/IG的比值表示氨基化石墨烯的氨基化程度，ID/IG大于0.8。在某些实施方案中，氨基化石墨烯具有1～3层石墨烯片结构或2～5层石墨烯片结构。氨基化石墨烯的ID/IG优选大于0.85，更优选大于0.90。
以下描述实施例中使用的测试方法：
采用透射电子显微镜(TEM，Hitachi H-800，日本)分析石墨烯的表面形貌及尺寸大小。
采用傅里叶变换红外光谱(FTIR，NICOLET 6700，美国)分析石墨烯是否氨基化成功。
采用拉曼光谱(XploRA PLUS，日本)中ID/IG的比值分析石墨烯的氨基化程度。
实施例1
将吐温80溶于去离子水得到浓度为10mg/ml的插层剂水溶液。将粒度为2000目的膨胀石墨均匀地分散在上述插层剂水溶液中，在搅拌速率为1000rpm下搅拌1h，得到浓度为10wt％的石墨粉悬浊液。将石墨粉悬浊液在100MPa的压力下通过高压均质机(M-110L微射流均质机，Microfluidics，美国，Y型腔体)循环30次，得到均质液。将均质液在10000rpm离心分离30min，取上层80vol％的溶液，过滤，用去离子水清洗3次，真空干燥，得到粉体状石墨烯。
将粉体状石墨烯与马来酸酐以质量比为1:20加入反应釜，在氮气保护和120℃下进行狄尔斯-阿尔德反应24h，得到石墨烯/马来酸酐浆料。将石墨烯/马来酸酐浆料溶于丙酮，经过超声洗涤除去没有参与反应的马来酸酐，抽滤和干燥得到中间产物(马来酸酐接枝石墨烯)。
将己二胺分散在N,N-二甲基甲酰胺(己二胺与DMF的质量比为1:3)，再加入中间产物(中间产物与己二胺的质量比为1:5)，在120℃下进行氨基化反应12h。
将氨基化反应所得浆料进行抽滤、溶剂洗涤和干燥，得到氨基化石墨烯。
经过TEM形貌分析，氨基化石墨烯具有1-3层片层结构，横向尺寸约1μm。
本实施例得到的石墨烯、马来酸酐接枝石墨烯、氨基化石墨烯进行红外光谱参见图2。剥离完的石墨烯在1569cm-1处有特征峰，表明石墨烯的C＝C骨架。马来酸酐接枝石墨烯在1733cm-1和1386cm-1附近出现分别代表C＝O键和C-O键的特征峰，表明马来酸酐分子成功接枝在石墨烯上。氨基化石墨烯在3114cm-1和1263cm-1附近出现分别代表N-H和C-N键的特征峰，表明石墨烯被氨基化。
氨基化石墨烯的拉曼光谱参见图3，ID/IG值为0.87，说明氨基化程度高。
实施例2
将十二烷基苯磺酸钠溶于去离子水得到浓度为20mg/ml的插层剂水溶液。将粒度为5000目的膨胀石墨均匀地分散在上述插层剂水溶液中，在搅拌速率为1000rpm下搅拌1h，得到浓度为20wt％的石墨粉悬浊液。将石墨粉悬浊液在120MPa的压力下通过高压均质机循环20次，得到均质液。将均质液在10000rpm离心分离30min，取上层80vol％的溶液，过滤，用去离子水清洗3次，真空干燥，得到粉体状石墨烯。
将粉体状石墨烯与马来酸酐以质量比为1:40加入反应釜，在氮气保护和120℃下进行狄尔斯-阿尔德反应24h，得到石墨烯/马来酸酐浆料。将石墨烯/马来酸酐浆料溶于丙酮，经过超声洗涤除去没有参与反应的马来酸酐，抽滤和干燥得到中间产物(马来酸酐接枝石墨烯)。
将丁二胺分散在N,N-二甲基甲酰胺(丁二胺与DMF的质量比为1:5)，再加入中间产物(中间产物与丁二胺的质量比为1:10)，在160℃下进行氨基化反应18h。
将氨基化反应所得浆料进行抽滤、溶剂洗涤和干燥，得到氨基化石墨烯。
经过TEM形貌分析(参见图1)，氨基化石墨烯具有1-5层片层结构，横向尺寸约2-3μm。氨基化石墨烯在3114cm-1和1263cm-1附近出现分别代表N-H和C-N键的特征峰，表明石墨烯被氨基化。
氨基化石墨烯的拉曼光谱的ID/IG值为0.91，说明氨基化程度高。
实施例3
将聚乙烯基吡咯烷酮于去离子水得到浓度为50mg/ml的插层剂水溶液。将粒度为2500目的天然石墨均匀地分散在上述插层剂水溶液中，在搅拌速率为1000rpm下搅拌1h，得到浓度为30wt％的石墨粉悬浊液。将石墨粉悬浊液在150MPa的压力下通过高压均质机循环15次，得到均质液。将均质液在10000rpm离心分离30min，取上层80vol％的溶液，过滤，用去离子水清洗3次，真空干燥，得到粉体状石墨烯。
将粉体状石墨烯与马来酸酐以质量比为1:30加入反应釜，在氮气保护和120℃下进行狄尔斯-阿尔德反应24h，得到石墨烯/马来酸酐浆料。将石墨烯/马来酸酐浆料溶于丙酮，经过超声洗涤除去没有参与反应的马来酸酐，抽滤和干燥得到中间产物(马来酸酐接枝石墨烯)。
将邻苯二胺分散在N,N-二甲基甲酰胺(邻苯二胺与DMF的质量比为1:10)，再加入中间产物(中间产物与邻苯二胺的质量比为1:20)，在180℃下进行氨基化反应12h。
将氨基化反应所得浆料进行抽滤、溶剂洗涤和干燥，得到氨基化石墨烯。
经过TEM形貌分析，氨基化石墨烯具有2-5层片层结构，横向尺寸约2μm。氨基化石墨烯在3114cm-1和1263cm-1附近出现分别代表N-H和C-N键的特征峰，表明石墨烯被氨基化。
氨基化石墨烯的拉曼光谱的ID/IG值为0.84，说明氨基化程度高。
实施例4
将聚氧丙烯-b-聚氧乙烯共聚物去离子水得到浓度为30mg/ml的插层剂水溶液。将粒度为4000目的鳞片石墨均匀地分散在上述插层剂水溶液中，在搅拌速率为1000rpm下搅拌1h，得到浓度为15wt％的石墨粉悬浊液。将石墨粉悬浊液在180MPa的压力下通过高压均质机循环20次，得到均质液。将均质液在10000rpm离心分离30min，取上层80vol％的溶液，过滤，用去离子水清洗3次，真空干燥，得到粉体状石墨烯。
将粉体状石墨烯与马来酸酐以质量比为1:20加入反应釜，在氮气保护和120℃下进行狄尔斯-阿尔德反应24h，得到石墨烯/马来酸酐浆料。将石墨烯/马来酸酐浆料溶于丙酮，经过超声洗涤除去没有参与反应的马来酸酐，抽滤和干燥得到中间产物(马来酸酐接枝石墨烯)。
将辛二胺分散在N,N-二甲基甲酰胺(辛二胺与DMF的质量比为1:10)，再加入中间产物(中间产物与辛二胺的质量比为1:15)，在160℃下进行氨基化反应24h。
将氨基化反应所得浆料进行抽滤、溶剂洗涤和干燥，得到氨基化石墨烯。
经过TEM形貌分析，氨基化石墨烯具有2-5层片层结构，横向尺寸约1-2μm。氨基化石墨烯在3114cm-1和1263cm-1附近出现分别代表N-H和C-N键的特征峰，表明石墨烯被氨基化。
氨基化石墨烯的拉曼光谱的ID/IG值为0.97，说明氨基化程度高。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (7)

1.一种氨基化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将石墨烯与烯烃化合物在惰性气体保护下，在100～150℃下进行狄尔斯-阿尔德反应10～36h得到反应浆液，将反应浆液溶于有机溶剂，洗涤除去没有参与反应的烯烃化合物，得到中间产物；将氨基化合物与中间产物在80～200℃下进行反应，得到氨基化石墨烯；
其中，烯烃化合物为带有能与氨基反应的官能团的化合物，氨基化合物为辛二胺；
其中，氨基化石墨烯具有1～3层石墨烯片结构或2～5层石墨烯片结构；采用拉曼光谱中ID/IG的比值表示氨基化石墨烯的氨基化程度，ID/IG大于0.90。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，能与氨基反应的官能团选自酸酐、羧酸基、酰氯基、环氧基或异氰酸酯基。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烯烃化合物具有如下结构：
Figure FDA0003609610540000011
式中，R1和R2分别独立地选自氢原子、C1～C6的烷基。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烯烃化合物为马来酸酐。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，石墨烯与烯烃化合物的质量比为1:10～1:60；中间产物与氨基化合物的质量比为1:5～1:20。
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括石墨烯的制备步骤：
将石墨粉分散于插层剂水溶液中得到浓度为10～30wt％的石墨粉悬浊液；将石墨粉悬浊液在80～200MPa的压力下通过微射流均质机循环处理得到均质液；将均质液离心，取上层溶液抽滤并多次洗涤以除去插层剂，干燥得到石墨烯；
其中，插层剂水溶液中的插层剂浓度为10～100mg/ml，插层剂水溶液的表面张力为石墨的表面张力的±10mJ/m2。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述插层剂选自吐温80、十二烷基苯磺酸钠、聚氧丙烯-b-聚氧乙烯共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮和聚苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐中的一种或多种；所述石墨粉选自天然石墨、膨胀石墨、热裂解石墨、鳞片石墨中的一种或多种，石墨粉的粒度为1000～6000目。
CN201910499976.0A 2019-06-11 2019-06-11 氨基化石墨烯及其制备方法 Active CN110203918B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910499976.0A CN110203918B (zh) 2019-06-11 2019-06-11 氨基化石墨烯及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910499976.0A CN110203918B (zh) 2019-06-11 2019-06-11 氨基化石墨烯及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110203918A CN110203918A (zh) 2019-09-06
CN110203918B true CN110203918B (zh) 2022-06-07

Family

ID=67791819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910499976.0A Active CN110203918B (zh) 2019-06-11 2019-06-11 氨基化石墨烯及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110203918B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111116990B (zh) * 2019-11-14 2021-07-09 华南农业大学 一种紫外-蓝光吸收剂及其制备方法和制成的紫外-蓝光吸收材料
CN114023510B (zh) * 2021-10-28 2024-05-14 山东华冠智能卡有限公司 一种水性石墨烯导电浆料的制备方法
CN115818630B (zh) * 2022-11-21 2023-08-15 中国铝业股份有限公司 一种石墨烯剥离装置及石墨烯生产系统
CN117186278A (zh) * 2023-09-25 2023-12-08 日照国恩化学有限公司 一种制备环保阻燃可发性聚苯乙烯的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002098991A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-12 The Lubrizol Corporation Substrates with modified carbon surfaces
CN106512969A (zh) * 2016-11-03 2017-03-22 浙江大学 聚合物石墨烯复合色谱填料的制备和化学修饰方法
CN108675286A (zh) * 2018-07-11 2018-10-19 天津工业大学 高效剥离石墨粉制备功能化石墨烯的方法
CN109053949A (zh) * 2018-06-19 2018-12-21 复旦大学 一种石墨烯/聚合物自修复材料及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11505467B2 (en) * 2017-11-06 2022-11-22 Massachusetts Institute Of Technology High functionalization density graphene

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002098991A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-12 The Lubrizol Corporation Substrates with modified carbon surfaces
CN106512969A (zh) * 2016-11-03 2017-03-22 浙江大学 聚合物石墨烯复合色谱填料的制备和化学修饰方法
CN109053949A (zh) * 2018-06-19 2018-12-21 复旦大学 一种石墨烯/聚合物自修复材料及其制备方法
CN108675286A (zh) * 2018-07-11 2018-10-19 天津工业大学 高效剥离石墨粉制备功能化石墨烯的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Polyamide 66 and amino-functionalized multi-walled carbon nanotube composites and their melt-spun fibers";Jiao Zhang et al.;《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE》;20190513;第54卷(第16期);第11056-11068页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110203918A (zh) 2019-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110203918B (zh) 氨基化石墨烯及其制备方法
CN105253878B (zh) 一种常温常压下直接制备膨胀石墨或石墨烯的方法
CN108675286A (zh) 高效剥离石墨粉制备功能化石墨烯的方法
CN106219535B (zh) 一种规模化连续高效剥离氧化石墨的方法
CN105692608B (zh) 一种利用氧化还原一步制备石墨烯的方法
CN110980707A (zh) 一种机械剥离制备少层石墨烯的方法以及少层石墨烯
CN114572969B (zh) 微流控反应系统及制备还原氧化石墨烯的方法
CN110272038B (zh) 一种机械驱动橡胶分子剥离鳞片石墨制备石墨烯的方法
CN107215868A (zh) 利用氧化还原法快速提纯制备高纯度的石墨烯产品的方法
CN114314573A (zh) 一种高导热石墨烯散热膜及其制备方法
CN113353929B (zh) 生物质碳材料及其制备方法
CN110255546B (zh) 一种液体橡胶剥离鳞片石墨制备石墨烯的方法
CN104843677B (zh) 多孔石墨烯及其制备方法
CN107163519B (zh) 一种高强度耐熔滴的石墨烯/pet复合板材及其制备方法
CN105776188B (zh) 一种用于液相剥离法制备石墨烯的剥离剂及其应用
CN115041144B (zh) 一种聚苯胺氮掺杂碳泡沫、制备方法和应用
KR102091760B1 (ko) 고압 셀 및 기능성 첨가제를 이용한 저두께 그래핀 제조방법
CN113277502B (zh) 一种以芳烃为原料利用多场耦合制备石墨烯量子点的方法
CN106006609A (zh) 一种分步纯化法制备石墨烯的方法
KR20120023447A (ko) 비닐계 고분자로 그라프트된 탄소나노튜브의 제조 방법
JP7229779B2 (ja) 低接触抵抗値を有するめっき膜の製造方法
CN112694083A (zh) 一种大批量规模化连续生产石墨烯量子点浆料的方法
CN1314596C (zh) 超细α－氧化钼的生产工艺
CN115417737B (zh) 一种氧化钼基铝热剂及其制备方法
CN109368625A (zh) 一种可分散的石墨烯量子点的爆轰制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant