氧化苏木精修饰石墨烯的制备方法与流程

本发明涉及一种非共价功能化石墨烯的制备方法，具体是一种氧化苏木精修饰的石墨烯的制备方法。

背景技术：

石墨烯所具有的优异电学、热学和力学性能，使石墨烯在新型复合储能材料、太阳能电池及超级电容器等方面有潜在的前景，有望运用于集成电路、透明显示触摸屏、透明电极及电子产品散热片等领域。而各类石墨烯复合材料的制备便成了制约石墨烯在各领域中重要应用的一个关键因素。目前，主要的制备方法包括物理和化学两大类，其中物理机械剥离方法可以获得单晶石墨烯薄膜，但尺寸不易控制；气相沉积法制备的石墨烯具有良好的晶型结构，但制备方法太过苛刻，不利于大规模制备；而化学制备法具有产率高，方法简单、成本低以及可大规模生产的优点，已逐渐成为石墨烯制备的常用方法。然而，在制备石墨烯的过程中，通常需要采用合适的还原剂将氧化石墨烯还原为还原石墨烯。已经报道的还原剂如水合肼、nabh4、对苯二胺、含硫化合物等都表现出极强的毒性，容易发生爆炸，限制了石墨烯的大规模生产。此外，由于氧化石墨烯经化学还原后含氧基团大量减少，通常会致使石墨烯发生严重的团聚现象，亦不利于进一步的应用，目前已经报道的还原方法多通过加入表面活性剂、聚合物、生物大分子或进行表面共价修饰来避免这一现象的发生，这些额外生化试剂的使用也给环境造成了严重的危害。因此，开发简单、高效、低成本并且环境友好的方法和还原剂仍然是石墨烯制备的关键技术。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种氧化苏木精修饰石墨烯的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氧化苏木精修饰石墨烯的制备方法，于氧化石墨烯分散液中加入碱性溶液，混合均匀，然后加入苏木精，在20-100℃下充分反应，经离心、洗涤得到氧化苏木精修饰的石墨烯。

进一步地，将氧化石墨烯加入到二次蒸馏水中，超声使氧化石墨烯均匀分散，得到所述的氧化石墨烯分散液。

进一步地，所述碱性溶液选自naoh溶液和氨溶液中的一种。

进一步地，所述碱性溶液的浓度为0.1~10mol/l。

进一步地，碱性溶液与氧化石墨烯分散液的体积比为1：（10-200）。

进一步地，苏木精与氧化石墨烯的质量比为（1-50）:1。

进一步地，加入苏木精后在20-90℃下充分反应。

进一步地，加入苏木精后在室温下充分反应。

本发明采用苏木精作为还原剂，石墨烯仍可以稳定分散在水溶液中，不需要其他稳定剂的加入，显示了很好的水溶性。其制备方法具有简单、高效、低成本并且环境友好的优点。所制备的石墨烯可用来开发超级电容器以及石墨烯薄膜。

附图说明

图1是实施例1产物的紫外可见吸收光谱图。

图2是实施例1产物的透射电镜照片。

具体实施方式

本发明一种典型的实施方式提供氧化苏木精修饰石墨烯的制备方法，于氧化石墨烯分散液中加入碱性溶液中混合均匀，然后加入苏木精，在20-100℃下充分反应，经离心、洗涤得到氧化苏木精修饰的石墨烯。

苏木精，又称苏木素，是一种无色或淡灰黄色粉末，它易溶于乙醇、乙二醇和甘油，微溶于水。通常在经过氧化和媒染后作为细胞核染料，用于修饰石墨烯尚未有相关报道。

在不存在任何表面活性剂、聚合物、生物大分子或进行表面共价修饰的情况下，经水合肼等还原剂还原所得的石墨烯会出现严重团聚。本实施方式中在不加入任何表面活性剂、聚合物、生物大分子或进行表面共价修饰的情况下，以苏木精作为还原剂，所制得的氧化苏木精修饰的石墨烯仍可以稳定分散在水溶液中，即使放置两周后也没有发生明显的团聚，不仅显示了很好的水溶性，而且制备过程绿色环保，有利于石墨烯的批量生产，也减少了环境污染。

此外，新制备的氧化苏木精修饰的石墨烯还可以分散在二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈及乙醇中，表现出好的溶解性。

在具体制备过程中，氧化石墨烯被还原的同时，苏木精也被氧化成氧化苏木精，分子中的一个苯环被转化成醌型苯环，增大了π键离域特性，这不仅有利于与平面石墨烯结构形成π-π堆积，有效改善了石墨烯的层间距和溶解性，同时使制得的氧化苏木精修饰的石墨烯具有了染料的电子媒介作用，可能获得更好的电子传递性能，有望用于电催化领域。

在一种相对具体的实施方式中，是将氧化石墨烯加入到二次蒸馏水中，超声使氧化石墨烯均匀分散，得到所述的氧化石墨烯分散液。

在优选的实施方式中，所述碱性溶液选自naoh溶液和氨溶液中的一种。

在优选的实施方式中，所述碱性溶液的浓度为0.1~10mol/l。

在优选的实施方式中，碱性溶液与氧化石墨烯分散液的体积比为1：（10-200）。在此范围内，所述体积比进一步可以是1：（10-20）、1：（10-50）、1：（10-80）、1：（10-100）、1：（10-120）、1：（10-150）。

在优选的实施方式中，苏木精与氧化石墨烯的质量比为（1-50）:1，所述质量比进一步可以是（1-40）:1、（1-30）:1、（1-20）:1、（1-10）:1、（1-5）:1、（1-2）:1。

在优选的实施方式中，加入苏木精后在20-90℃下充分反应。

在优选的实施方式中，加入苏木精后在室温下充分反应，反应条件温和,本发明中所述的室温定义为25±5℃。

结合以下实施例对本发明要求保护的技术方案及其技术效果作详细说明。

实施例1

称取50mg干燥的go（氧化石墨烯）加入到100ml超纯水中超声分散2小时，获得均一的浓度为0.5mg/ml的go水溶液。取30ml超纯水于100ml反应瓶中，加入30ml浓度为0.5mg/ml的go水溶液，搅拌使之混合均匀，随后依次加入1ml1mol/lnaoh溶液及60mg苏木精，室温下搅拌反应2小时，即得黑色的氧化苏木精修饰的石墨烯溶液。将上述溶液离心（10000rpm/s）、洗涤三次，所得沉淀冷冻干燥两天，即得氧化苏木精修饰的石墨烯，重新分散在水中得氧化苏木精修饰的石墨烯水溶液。图1显示了紫外可见吸收光谱图，230nm处π-π*跃迁吸收峰和300nm处n-π*跃迁吸收峰的消失，257nm处石墨烯特征吸收峰的出现，说明氧化石墨烯已完全转化为石墨烯。图2显示了相应的透射电镜照片，呈现出明显的单层结构。

实施例2

称取25mg干燥的go加入到25ml超纯水中超声分散2小时，获得均一的浓度为1mg/ml的go水溶液。取10ml超纯水于100ml反应瓶中，加入25ml浓度为1mg/ml的go水溶液，搅拌使之混合均匀，随后依次加入2ml1mol/lnaoh溶液及150mg苏木精，60℃下搅拌反应1小时，即得黑色的氧化苏木精修饰的石墨烯溶液。将上述溶液离心（10000rpm/s）、洗涤三次，所得沉淀冷冻干燥两天，即得干燥的氧化苏木精修饰的石墨烯。重新分散在水中所得得氧化苏木精修饰的石墨烯水溶液可以稳定存在一月以上。

实施例3

称取50mg干燥的go加入到25ml超纯水中超声分散3小时，获得均一的浓度为2mg/ml的go水溶液。取20ml超纯水于100ml反应瓶中，加入20ml浓度为2mg/ml的go水溶液，搅拌使之混合均匀，随后依次加入3ml1mol/lnaoh溶液及200mg苏木精，室温下搅拌反应2小时，即得黑色的氧化苏木精修饰的石墨烯溶液。将上述溶液离心（10000rpm/s）、洗涤三次，所得沉淀冷冻干燥两天，即得干燥的氧化苏木精修饰的石墨烯。

实施例4

称取50mg干燥的go加入到50ml超纯水中超声分散3小时，获得均一的浓度为1mg/ml的go水溶液。取10ml超纯水于100ml反应瓶中，加入10ml浓度为1mg/ml的go水溶液，搅拌使之混合均匀，随后依次加入2ml0.1mol/lnaoh溶液及10mg苏木精，20℃下搅拌反应2小时，即得黑色的氧化苏木精修饰的石墨烯溶液。将上述溶液离心（10000rpm/s）、洗涤三次，所得沉淀冷冻干燥两天，即得干燥的氧化苏木精修饰的石墨烯。

实施例5

称取50mg干燥的go加入到500ml超纯水中超声分散3小时，获得均一的浓度为0.1mg/ml的go水溶液。取100ml超纯水于500ml反应瓶中，加入100ml浓度为0.1mg/ml的go水溶液，搅拌使之混合均匀，随后依次加入1ml10mol/lnaoh溶液及500mg苏木精，100℃下搅拌反应半小时，即得黑色的氧化苏木精修饰的石墨烯溶液。将上述溶液离心（10000rpm/s）、洗涤三次，所得沉淀冷冻干燥两天，即得干燥的氧化苏木精修饰的石墨烯。

实施例6

称取50mg干燥的go加入到100ml超纯水中超声分散3小时，获得均一的浓度为0.5mg/ml的go水溶液。取80ml超纯水于200ml反应瓶中，加入20ml浓度为0.5mg/ml的go水溶液，搅拌使之混合均匀，随后依次加入1ml5mol/lnaoh溶液及200mg苏木精，90℃下搅拌反应1小时，即得黑色的氧化苏木精修饰的石墨烯溶液。将上述溶液离心（10000rpm/s）、洗涤三次，所得沉淀冷冻干燥两天，即得干燥的氧化苏木精修饰的石墨烯。

本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。