一种以树叶提取液为还原剂制备石墨烯的方法与流程

本发明属于石墨烯的制备领域，具体涉及一种以树叶提取液为还原剂制备石墨烯的方法。

背景技术：

石墨烯作为一种由碳原子以sp²杂化方式形成的二维纳米材料，成为了当前纳米科学与技术学科的热门研究对象。由于其具有独特的机械、电气、热学和光学性能，被广泛应用于纳米电子、传感器、超级电容器和复合材料等领域。因此，寻找一种可以大面积合成高质量的单层石墨烯的方法变得尤其重要。目前存在的制备方法有：机械剥离法、化学气相沉淀法、外延生长法和氧化还原法。其中，氧化还原法具有成本低和易操作等优点，是目前最具有工业化生产石墨烯潜质的方法。常使用的还原剂有肼及其衍生物、硼氢化钠、氢化铝锂和对苯二酚等，然而这些还原剂具有很高的毒性和危险性，尤其是肼及其衍生物，仅仅微量级就存在危害作用。而且反应后要对这些危险废物进行处理，将极大的增加工业规模成本。此外，在不添加助溶剂的情况下，通过这些还原剂合成的石墨烯极易发生团聚。总之，这些缺陷问题将严重影响其在许多领域的应用。

最新研究发现，石墨烯纳米材料在药物传递、微生物燃料电池、生物检测和组织工程生物医学等领域的应用具有巨大潜能，但是通过以上氧化还原方法合成的石墨烯存在容易团聚和生物相容性差的缺点。因此，需要探索环境友好材料作为还原剂还原氧化石墨烯，高效制备具有生物相容性的石墨烯。

植物提取液中含有大量的抗氧化物质，具有很强的还原性能，能够作为还原氧化石墨烯的还原剂和稳定剂，不仅能够避免化学还原剂在还原过程中出现团聚的现象，而且还践行了绿色环保理念。利用农业产生的大量残余树叶作为制备石墨烯的原料，不仅易于获取、成本低廉，并且解决了随意堆放及焚烧等处理造成环境污染的问题，最终实现固废的高质化利用。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足之处，提供一种以树叶提取液为还原剂制备石墨烯的方法。该方法制备的石墨烯可以提高其生物相容性，从而促使其在微生物燃料电池、生物医药及电化学生物传感器等领域具有一定的应用潜能。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种以树叶提取液为还原剂制备石墨烯的方法，包括以下步骤：

1）采用改良hummers法制备氧化石墨烯；

2）树叶提取液的制备：将干燥处理后的树叶浸入蒸馏水中，树叶与蒸馏水的比例为2~15g:1l，在60~80℃下水浴加热1~2h，过滤后即得树叶提取液；

3）石墨烯的制备：将步骤1）制得的氧化石墨烯配制成0.2g/l~2g/l的氧化石墨烯水溶液，然后向其中加入步骤2）制得的树叶提取液，混合均匀，在80℃加热6-8h，然后经抽滤、洗涤、冷冻干燥后，即得到石墨烯。

步骤1）具体为：将2.00g的800目石墨粉加入到35ml的浓硫酸中，均匀搅拌2h，得混合液；往混合液中缓慢加入6gkmno4，加入过程保持混合液的温度在20℃以下；然后在35℃保持4h，缓慢加入90ml去离子水稀释，充分搅拌1h，得到深褐色悬浮液；再逐滴加入30wt%h2o2溶液，直到颜色变为亮黄色，趁热抽滤；用5wt%hcl溶液进行洗涤，去除其中的锰离子，并使得溶液变为中性，然后超声分散，冷冻干燥48h，即可得到固态的氧化石墨烯。

步骤2）所述的树叶是葡萄叶、桑树叶及茶树叶的一种或几种。

步骤3）中氧化石墨烯水溶液和树叶提取液的体积比为5:1。

一种如上所述的方法制得的石墨烯：片层厚度为1.1~1.3nm。

所述树叶是葡萄叶、桑树叶及茶树叶的一种或几种，此类植物叶中富含多酚等还原性物质。与普通石墨烯相比，绿色合成降低减少了有毒还原剂的使用，提高导电性、生物相容性和可分散性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明制备出的石墨烯表面附着生物有机分子，能够使其在水中具有良好的分散性，克服了制备过程中出现易团聚，毒性大和成本高等缺点；石墨烯表面形貌平整，片层厚度约为1.129nm，热重分析显示在1000°c时所制备的石墨烯的失重仅为33%，而氧化石墨烯的失重达60%、电化学性能测试发现氧化石墨烯的导电性很差而所制备的石墨烯修饰电极的氧化还原电位达209ｍｖ，说明本发明制备的石墨烯具有良好的稳定性和导电性，从而促使其在微生物燃料电池、生物医药及电化学生物传感器等领域具有一定的应用潜能。

附图说明

图1为所制备的氧化石墨烯（go）、树叶提取液（el）和石墨烯(el-rgo)样品图；

图2所制备的氧化石墨烯(a,b)和石墨烯(c,d)的透射电子显微镜图；

图3所制备的氧化石墨烯(a)和石墨烯(b)的原子力显微镜图。

图4所制备的氧化石墨烯和石墨烯的热重分析图；

图5所制备的氧化石墨烯和石墨烯修饰电极的循环伏安图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。

实施例1

一种以树叶提取液为还原剂制备石墨烯的方法，具体步骤为：

1）取2.00g尺寸为800目的石墨粉加入到35ml浓硫酸中，均匀搅拌2h，得混合液；缓慢加入6gkmno4，加入过程中保持混合液的温度在20℃以下；然后置于35℃水浴锅中保持4h后，缓慢加入90ml去离子水稀释，充分搅拌1h，便可得到深褐色悬浮液；再逐渐加入30wt%的h2o2，直到颜色变为亮黄色，趁热抽滤；再用5wt%的hcl溶液进行洗涤，去除其中的锰离子，并使得溶液变为中性，然后用超声波使之分散，冷冻干燥48h，即可得到固态的氧化石墨烯；

2）称取1.00g干燥的葡萄叶，并剪碎投加到盛有200ml蒸馏水的烧杯中，然后将其放入加热到80℃的恒温水浴锅中加热1h，用0.45μm滤膜抽滤，取得的滤液即为葡萄叶提取液，备用；

3）称取10mg冷冻干燥后的氧化石墨烯(go)固体加入到盛有20ml蒸馏水的锥形瓶中，并超声30min使之分散，然后向其加入5ml的树叶提取液，放入80℃的恒温水浴锅加热8h，用0.45μm滤膜抽滤，并用无水乙醇洗涤3次，除去其表面的多余的有机物，然后取下滤膜上的样品，再冷冻干燥48小时，即得到干燥的石墨烯。

实施例2

一种以树叶提取液为还原剂制备石墨烯的方法，具体步骤为：

1）取2.00g尺寸为800目石墨粉加入到35ml浓硫酸中，均匀搅拌2h，得混合液；缓慢加入6gkmno4，加入过程中保持混合液的温度在20℃以下；然后置于35℃的水浴锅中保持4h后，缓慢加入90ml去离子水稀释，充分搅拌1h，便可得到深褐色悬浮液；再逐渐加入30wt%的h2o2，直到颜色变为亮黄色，趁热抽滤；再用5wt%的hcl溶液进行洗涤，去除其中的锰离子，并使得溶液变为中性，然后用超声波使之分散，冷冻干燥48h，即可得到固态的氧化石墨烯；

2）称取2.00g干燥的桑树叶，并剪碎投加到盛有200ml蒸馏水的烧杯中，然后将其放入加热到80℃的恒温水浴锅中加热1h，用0.45μm滤膜抽滤，取得的滤液即为树提取液，备用；

3）称取20mg冷冻干燥后的氧化石墨烯(go)固体加入到盛有20ml蒸馏水的锥形瓶中，并超声30min使之分散，然后向其加入5ml的树叶提取液，放入80℃的恒温水浴锅加热8h，用0.45μm滤膜抽滤，并用无水乙醇洗涤2次，除去其表面的多余的有机物，然后取下滤膜上的样品，再冷冻干燥48小时，即得到干燥的石墨烯。

实施例3

一种以树叶提取液为还原剂制备石墨烯的方法，具体步骤为：

1）取2.00g尺寸为800目石墨粉加入到35ml浓硫酸中，均匀搅拌2h，得混合液；缓慢加入6gkmno4，加入过程中保持混合液的温度在20℃以下；然后置于35℃的水浴锅中保持4h后，缓慢加入90ml去离子水稀释，充分搅拌1h，便可得到深褐色悬浮液；再逐渐加入30wt%的h2o2，直到颜色变为亮黄色，趁热抽滤；再用5wt%的hcl溶液进行洗涤，去除其中的锰离子，并使得溶液变为中性，然后用超声波使之分散，冷冻干燥48h，即可得到固态的氧化石墨烯；

2）称取3.00g干燥的茶树叶，并剪碎投加到盛有200ml蒸馏水的烧杯中，然后将其放入加热到80℃的恒温水浴锅中加热1h，用0.45μm滤膜抽滤，取得的滤液即为树提取液，备用；

3）称取30mg冷冻干燥后的氧化石墨烯(go)固体加入到盛有20ml蒸馏水的锥形瓶中，并超声30min使之分散，然后向其加入5ml的树叶提取液，放入80℃的恒温水浴锅加热8h，用0.45μm滤膜抽滤，并用无水乙醇洗涤3次，除去其表面的多余的有机物，然后取下滤膜上的样品，再冷冻干燥48小时，即得到干燥的石墨烯。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。