一种改性石墨烯的制备方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
一种改性石墨烯的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及石墨稀材料与制备，具体的说涉及一种改性石墨稀的制备方法，属于 石墨烯材料领域。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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辄结构，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辄结构。 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】
[0004] 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。
[0005] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0006] -种改性石墨烯的制备方法，制备步骤如下，
[0007] SlO，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. Omg/mL的氧化石墨稀/水分散液；
[0008] 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；
[0009] 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;
[0010] 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；
[0011] 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；
[0012] 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。
[0013] 述化学还原剂为水合肼、维生素 C或葡萄糖。
[0014] 所述碱溶液为浓度0.1-2.〇111〇1/1的氢氧化钠溶液或质量浓度25%-28%的氨水溶 液。
[0015] 与现有方法相比，本发明具有如下有益效果：
[0016] 1、本发明选取的改性剂为荧光素钠，其分子含有羟基、酯基和共辄结构等，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JT-JT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辄等基团和结构，有利于提高和改善石墨烯在水和 有机溶剂中的分散性。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 4、该制备方法简单，条件温和，易于操作和控制。
[0020] 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】
[0021] 图1-本发明改性石墨烯的制备流程图。
【具体实施方式】
[0022] 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，
[0023] SlO，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. Omg/mL的氧化石墨稀/水分散液；
[0024] 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；
[0025] 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 碱溶液为浓度〇. 1-2. Omol/L的氢氧化钠溶液或质量浓度25 %-28 %的氨水溶液。
[0026] 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；
[0027] 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；
[0028]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。
[0029] 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：
[0030]
[0031] 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。
[0032] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0033] 实施例1
[0034]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，即焚光素钠，在25摄氏度下搅拌2小时；然后 加入浓度为1.0 mol/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。
[0035]按质量比，氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂为1:5:10。
[0036] 实施例2
[0037] 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. Omol/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。
[0038] 按质量比，氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂为1:10:20。
[0039] 实施例3
[0040]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。
[0041 ]按质量比，氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂为1:20:50。
[0042] 实施例4
[0043]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.Omg/ HiL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。
[0044] 按质量比，氧化石墨烯:荧光素钠:化学还原剂为1:4:15。
[0045] 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。
[0046]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。
【主权项】
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的氧化石墨稀/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。
【文档编号】C01B31/04GK105923624SQ201610255787
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】黄杰, 王华高, 聂宏光, 周超, 陈万元
【申请人】重庆理工大学