专利名称：一种可分散的乙醇胺功能化石墨烯及其制备方法
技术领域：
本发明涉及利用石墨原料，制备可稳定分散于多种溶剂或混合溶剂中的乙醇胺功能化石墨烯的方法，属于功能碳材料技术领域。
背景技术：
石墨烯是只有单层原子厚度，具有蜂窝结构的二维碳原子晶体，也是目前世界上最薄的材料。石墨烯因其优异的电学性能，热力学性能、机械性能，以及特殊的量子霍尔效应和量子遂穿效应等，可望广泛应用于分子传感器，纳米复合材料，电池，超级电容器等材料中。石墨烯的结构非常稳定，化学反应呈惰性，层与层之间有较强的范德华力，极易团聚， 这都不利于石墨烯的研究与应用。通过在石墨烯片层的周边或缺陷处引入特定的官能团使其功能化，不但可以赋予石墨烯新的性能，而且可以进一步拓展其应用领域。功能化也将加快石墨烯成型加工及其与其他材料复合，制备新型复合材料的步伐，所以制备可稳定分散于某种溶剂中含有活性官能团的功能化石墨烯，对石墨烯的研究及制备其纳米复合材料具有十分重要的意义。目前制备可分散的功能化石墨烯方法中存在一些不足之处。如Si等通过间歇性还原得到了水溶性的石墨烯，但这种石墨烯要稳定分散于水中需要调节pH在3 10之间 (Nano Lett 8(2008) 1679-1682)。如Niyogi等采用十八胺改性氧化石墨最终得到的改性石墨烯可稳定分散于四氢呋喃等溶剂中，但是其反应过程复杂且需要用到剧毒的S0C12(J Am Chem Soc 128(2006)7720-7721)。
发明内容
本发明是针对上述问题提出一种可分散的乙醇胺功能化石墨烯及其制备方法，制备的乙醇胺功能化石墨烯可稳定分散于水、DMF、丙酮、乙醇或它们的混合液中。本发明的目的通过以下技术方案实现一种可分散的乙醇胺功能化石墨烯的制备方法，其具体方法是—种可分散的乙醇胺功能化石墨烯的制备方法，包括如下步骤(1)以氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成氧化石墨烯的水分散液，用酸调节水分散液PH为1 3，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1 2 1 10加入乙醇胺，搅拌充分反应后，用去离子水洗涤、过滤，收集滤渣；(2)再将上述滤渣分散于去离子水(IOOml)中，加入水合胼，在80 100°C下搅拌回流反应12 24h，经微孔滤膜抽滤、洗涤、干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。优选地，所述氧化石墨烯水分散液的浓度范围为0. 5 1. 5mg/ml。优选地，所述水合胼的加入量按氧化石墨烯和水合胼质量比为1 5 1 20。优选地，步骤(1)调pH所用酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、磺酸、甲酸、乙酸。优选地，步骤(1)所述反应的温度为0至60°C，反应时间为24h。乙醇胺功能化石墨烯经超声处理，可稳定分散于水、DMF、丙酮、乙醇或它们的混合液中。本发明与现有技术相比具有如下优点(1)本方法采用乙醇胺作为功能化试剂，制备方法简便，反应条件温和；采用的改性剂无毒易得；并且得到的乙醇胺功能化石墨烯可稳定分散于多种溶剂中。(2)固体乙醇胺功能化石墨烯的良好可再分散性，以及含有活性的伯羟基与仲胺基，还可进一步参与反应，为乙醇胺功能化石墨烯的进一步利用创造了条件。
图1为实施1制备的乙醇胺功能化石墨烯的透射电镜照片。图2为实施1制备的乙醇胺功能化石墨烯的原子力显微镜电镜照片。图3为实施1制备的乙醇胺功能化石墨烯的原子力显微镜电镜照片的高度分布图。图4为实施1制备的乙醇胺功能化石墨烯在不同溶剂中超声分散放置三个月后的数码照片，由左往右分别为水、DMF、乙醇和丙酮。
具体实施例方式下面对本发明作进一步描述，但不限于下述实例。实施例1以0. Ig氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成浓度为1. Omg/ml的水分散液，用盐酸调节水分散液PH为1，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1 3加入乙醇胺0.3g，在 25°C下搅拌反应24h后，用去离子水洗涤、过滤，再分散于IOOml去离子水中，加入水合胼 lg，在100°C下搅拌回流反应Mh，经微孔滤膜抽滤并干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。图1 为乙醇胺功能化石墨烯的TEM照片，可以获得尺寸为数百纳米的大片功能化石墨烯。图2 为该产物的AFM图，可看出乙醇胺功能化石墨烯在溶剂中呈剥离状态。图3说明功能化石墨烯的平均厚度为2 3nm，大约为2 3层。图4说明本实施例的乙醇胺功能化石墨烯， 可稳定分散于水、DMF、丙酮、乙醇或它们的混合液中。实施例2以0. Ig氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成浓度为1. Omg/ml的水分散液，用盐酸调节水分散液PH为1，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1 10加入乙醇胺lg，在 25°C下搅拌反应24h后，用去离子水洗涤、过滤，再分散于IOOml去离子水中，加入水合胼 lg，在100°C下搅拌回流反应Mh，经微孔滤膜抽滤并干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。本实施例的乙醇胺功能化石墨烯，可稳定分散于水、DMF、丙酮、乙醇或它们的混合液中。实施例3以0. Ig氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成浓度为1. 5mg/ml的水分散液，用盐酸调节水分散液PH为1，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1 3加入乙醇胺0.3g，在 25°C下搅拌反应24h后，用去离子水洗涤、过滤，再分散于IOOml去离子水中，加入水合胼 lg，在100°C下搅拌回流反应Mh，经微孔滤膜抽滤并干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。本实施例的乙醇胺功能化石墨烯，可稳定分散于水、DMF、丙酮、乙醇或它们的混合液中。实施例4
以0. Ig氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成浓度为0. 5mg/ml的水分散液，用硫酸调节水分散液PH为1，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1 2加入乙醇胺0.2g， 在25°C搅拌反应24h后，用去离子水洗涤、过滤，再分散于IOOml去离子水中，加入水合胼 0. 5g，在80°C下搅拌回流反应Mh，经微孔滤膜抽滤并干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。本实施例的乙醇胺功能化石墨烯，可稳定分散于水、DMF、丙酮、乙醇或它们的混合液中。实施例5以0. Ig氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成浓度约1. Omg/ml的水分散液，用盐酸调节水分散液PH为3，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1 4加入乙醇胺0.4g，在 25°C下搅拌反应24h后，用去离子水洗涤、过滤，再分散于IOOml去离子水中，加入水合胼 lg，在100°C下搅拌回流反应Mh，经微孔滤膜抽滤并干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。本实施例的乙醇胺功能化石墨烯，可稳定分散于水、DMF、丙酮、乙醇或它们的混合液中。实施例6以0. Ig氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成浓度约1. 5mg/ml的水分散液，用盐酸调节水分散液PH为1，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1 7加入乙醇胺0.7g，在 60°C下搅拌反应24h后，用去离子水洗涤、过滤，再分散于IOOml去离子水中，加入水合胼 lg，在100°C下搅拌回流反应Mh，经微孔滤膜抽滤并干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。本实施例的乙醇胺功能化石墨烯，可稳定分散于水、DMF、丙酮、乙醇或它们的混合液中。实施例7以0. Ig氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成浓度约1. Omg/ml的水分散液，用盐酸调节水分散液PH为1，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1 5加入乙醇胺0.5g，在 25°C下搅拌反应24h后，用去离子水洗涤、过滤，再分散于IOOml去离子水中，加入水合胼 2g，在100°C下搅拌回流反应Mh，经微孔滤膜抽滤并干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。本实施例的乙醇胺功能化石墨烯，可稳定分散于水、DMF、丙酮、乙醇或它们的混合液中。实施例8以0. Ig氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成浓度约1. Omg/ml的水分散液，用盐酸调节水分散液PH为2，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1 5加入乙醇胺0.5g，在 40°C下搅拌反应24h后，用去离子水洗涤、过滤，再分散于IOOml去离子水中，加入水合胼 lg，在100°C下搅拌回流反应12h，经微孔滤膜抽滤并干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。本实施例的乙醇胺功能化石墨烯，可稳定分散于水、DMF、丙酮、乙醇或它们的混合液中。
权利要求
1.一种可分散的乙醇胺功能化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)以氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成氧化石墨烯的水分散液，用酸调节水分散液PH为1 3，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1 2 1 10加入乙醇胺，搅拌充分反应后，用去离子水洗涤、过滤，收集滤渣；(2)再将上述滤渣分散于去离子水中，加入水合胼，在80 100°C下搅拌回流反应 12 24h，经微孔滤膜抽滤、洗涤、干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水分散液的浓度范围为 0. 5 L 5mg/ml0
3.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，所述水合胼的加入量按氧化石墨烯和水合胼质量比为1 5 1 20。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(1)调pH所用酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、磺酸、甲酸、乙酸。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，步骤⑴所述反应的温度为0至60°C， 反应时间为24h。
6.一种可分散的乙醇胺功能化石墨烯，其特征在于，该石墨烯是由权利要求1 5任意一项方法制备的。
全文摘要
本发明涉及一种可分散的乙醇胺功能化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1)以氧化石墨烯为原料，经超声处理配制成氧化石墨烯的水分散液，用酸调节水分散液pH为1～3，然后按氧化石墨烯和乙醇胺质量比为1∶2～1∶10加入乙醇胺，搅拌充分反应后，用去离子水洗涤、过滤，收集滤渣；(2)再将上述滤渣分散于去离子水中，加入水合肼，在80～100℃下搅拌回流反应12～24h，经微孔滤膜抽滤、洗涤、干燥，获得乙醇胺功能化石墨烯。本发明制备工艺简单，反应条件温和，得到的乙醇胺功能化石墨烯不仅可稳定分散于多种溶剂中，而且其中的羟基可以进一步与其它材料反应，获得更广泛的研究与应用。
文档编号C01B31/04GK102320595SQ20111016204
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者周俊文, 汪双凤, 马文石 申请人:华南理工大学