CN109337730A

CN109337730A - 改性石墨烯及其制备方法和应用

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Publication number: CN109337730A
Application number: CN201811239446.4A
Authority: CN
Inventors: 李瑛�; 苏陈良
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2019-02-15
Anticipated expiration: 2038-10-23
Also published as: CN109337730B

Abstract

本发明涉及一种改性石墨烯及其制备方法和应用。该改性石墨烯的制备方法包括步骤包括：将氧化石墨与水、强碱混合，得到混合液，其中氧化石墨与水的质量比为1:500～2000，混合液中强碱的浓度为0.3mg/mL～1.0mg/mL；及将混合液超声，得到改性石墨烯。上述改性石墨烯的制备方法简单易行，反应条件温和，产物无毒且环境友好。经证实，按照上述制备方法制备得到的改性石墨烯在有机溶剂中具有良好的溶解性和分散性。

Description

改性石墨烯及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，特别是涉及一种改性石墨烯及其制备方法和应用。

背景技术

纳米材料石墨烯因其具有独特的二维结构使其具备优异的电子电学性能、超强的机械强度及良好的热传导性，其在很多的领域都有广泛的应用，比如，传感器、复合材料等等。

目前制备石墨烯的主要方法是以氧化石墨烯为前驱体，经过还原使其转变为石墨烯。目前用到的还原方法主要有化学试剂还原，热溶液还原法等，肼及其衍生物(水合肼，二甲基肼)作为一种液态还原性试剂是常用来制备还原氧化石墨烯的一种试剂，由于肼及其衍生物具有剧毒，因此限制了其实用性。而且传统的方法制备的石墨烯在有机溶剂的溶解度较小，影响了它的进一步应用。

发明内容

基于此，有必要提供一种高分散性且高溶解性的改性石墨烯的制备方法。

此外，还提供一种具有高分散性、高溶解度的改性石墨烯及其应用。

一种改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨与水、强碱混合，得到混合液，其中，所述氧化石墨与水的质量比为1:500～2000，所述混合液中所述强碱的浓度为0.3mg/mL～1.0mg/mL；及

将所述混合液超声，得到所述改性石墨烯。

上述改性石墨烯的制备方法简单易行，反应条件温和，产物无毒且环境友好，易实现批量生产。另外，经证实，按照上述制备方法制备得到的改性石墨烯在有机溶剂中具有良好的溶解性和分散性。

在其中一个实施例中，所述强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、叔丁醇钾及氢氧化钡中的至少一种。

在其中一个实施例中，在所述混合液超声的步骤中，所述超声的功率为180W～360W。

在其中一个实施例中，在所述将所述混合液超声的步骤之前，还包括将所述混合液回流的步骤。

在其中一个实施例中，所述回流的时间为0.8h～2h。

在其中一个实施例中，所述将所述混合液超声的步骤包括：将所述混合液超声，得到超声液；及将所述超声液离心。

在其中一个实施例中，所述将所述超声液离心的步骤中，所述离心的转速为10000r/min～15000r/min，所述离心的时间为30min～90min。

在其中一个实施例中，所述氧化石墨的粒径为50nm～150nm。

一种改性石墨烯，由上述的改性石墨烯的制备方法制得。

上述改性石墨烯在制备在润滑油中的应用。

附图说明

图1为实施例1的溶解程度结果图；

图2为实施例2的SEM图；

图3为实施例3的SEM图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的部分实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本发明公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

一实施方式的改性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

S110、将氧化石墨与水、强碱混合，得到混合液。

具体地，将氧化石墨与水、强碱混合，得到混合液。其中，氧化石墨与水的质量比为1:500～2000，混合液中强碱的浓度为0.3mg/ml～1.0mg/ml。

在其中一个实施例中，先将氧化石墨与水混合，然后再与强碱混合，得到混合液。

在其中一个实施例中，氧化石墨的粒径为50nm～150nm。进一步地，氧化石墨的粒径为80nm～120nm，再进一步地，氧化石墨的粒径为90nm～110nm。更进一步地，氧化石墨的粒径为100nm。

在其中一个实施例中，水为去离子水。

在其中一个实施例中，氧化石墨与水的质量比为1:1000～1800。进一步地，氧化石墨与水的质量比为1:1200～1600。更进一步地，氧化石墨与水的质量比为1：1300、1:1350、1：1400、1:1450、1:1500或1:1550。

在其中一个实施例中，强碱选自氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、叔丁醇钾(t-BuOK)及氢氧化钡(Ba(OH)₂)中的至少一种。进一步地，强碱为氢氧化钠。

在其中一个实施例中，混合液中强碱的浓度为0.3mg/mL～1.0mg/mL。进一步地，混合液中强碱的浓度为0.4mg/mL～0.8mg/mL。再进一步地，混合液中强碱的浓度为0.5mg/mL～0.7mg/mL。更进一步地，混合液中强碱的浓度为0.5mg/mL、0.55mg/mL、0.6mg/mL或0.65mg/mL。

在其中一个实施例中，混合液中NaOH的浓度为0.3mg/mL～1.0mg/mL。混合液中NaOH的浓度为0.4mg/mL～0.8mg/mL。再进一步地，混合液中NaOH的浓度为0.5mg/mL～0.7mg/mL。更进一步地，混合液中NaOH的浓度为0.5mg/mL、0.55mg/mL、0.6mg/mL或0.65mg/mL。

S130、将混合液回流，得到回流液。

具体地，将混合液在搅拌下回流，得到回流液。

在其中一个实施例中，回流的时间为0.8h～2h。进一步地，回流的时间为0.8h～1.5h。更进一步地，回流的时间为1h～1.2h。

在其中一个实施例中，进一步地，搅拌的速率为500转/秒。

将混合液回流有利于提高改性石墨烯在有机溶剂中溶解度，使其在有机溶液中具有更好的分散性。可以理解的是，在其中一些实施方式中，回流的步骤可以省略，此时，直接将混合液进行下一步操作即可。

S150、将回流液超声，得到改性石墨烯。

在其中一个实施例中，超声的功率为180W～360W。进一步地，超声的功率为200W～260W。更进一步地，超声的功率为240W。

在其中一个实施例中，超声的时间为60min～200min。进一步地，超声的时间为100min～200min。更进一步地，超声的时间为150min。

在其中一个实施例中，先将回流液超声，得到超声液，然后将超声液离心，得到改性石墨烯。

在其中一个实施例中，离心的转速为10000r/min～15000r/min。进一步地，离心的转速为12000r/min～14000r/min。更进一步地，离心的转速为13500r/min

在其中一个实施例中，离心的时间为30min～90min。进一步地，离心的时间为30min、40min、60min或90min。

超声后离心可以得到尺寸均一的改性石墨烯。可以理解的是，可以根据实际需求，调整离心的转速来制备不同粒径的改性石墨烯，实现制备得到的改性石墨烯尺寸可控。

在其中一个实施例中，在离心之后还包括洗涤的步骤。具体地，使用水冲洗离心之后的沉淀，并过滤，得到改性石墨烯。进一步地，水为去离子水。

在其中一个实施例中，在洗涤的步骤之后，还包括干燥的步骤。

上述改性石墨烯的制备方法简单易行，反应条件温和，产物无毒且环境友好，易实现批量生产。

一实施方式的改性石墨烯，由上述改性石墨烯的制备方法制得。

经证实，上述改性石墨烯由氧化石墨经强碱处理之后得到，在有机溶剂中具有良好的溶解性、分散性。另外，上述改性石墨烯还具有类似于还原性的性质，但其氧化程度比还原石墨烯要高。

上述改性石墨烯在制备润滑油中作为添加剂中的应用。

上述改性石墨烯在有机溶剂中具有良好的溶解性及分散性，尤其是在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氯化碳(CCl4)中的溶解性较佳，可以作为添加剂应用于润滑油的制备中。

具体实施例

以下结合具体实施例进行详细说明。

以下实施例如未特殊说明，则不包括除不可避免的杂质外的其他组分。实施例中采用药物和仪器如非特别说明，均为本领域常规选择。实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规条件，例如文献、书本中所述的条件或者生产厂家推荐的方法实现。

实施例1～19

(1)按照表1称取实施例1～19的各组分，其中，氧化石墨(纳米先锋)的粒径为100nm。表1中的份数指质量份数。

表1

(2)将各实施例的氧化石墨、去离子水及NaOH混合，得到各实施例的混合液。

(3)将各实施例的混合液分别按照表1对应的回流条件搅拌回流，搅拌的速度为500转/秒，得到各实施例的回流液。

(4)将各实施例的回流液分别按照表1对应的超声条件超声，得到各实施例的超声液。

(5)将各实施例的超声液分别按照表1对应的离心条件进行离心，然后用去离子水分别冲洗各实施例离心所得到沉淀，接着分别过滤、干燥，得到各实施例的改性石墨烯。

(6)检验各实施例所得到的改性石墨烯的溶解性。具体地，取实施例1得到的改性石墨烯10mg分别与20mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、DMSO、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、邻二甲苯(o-xylene)、二氯甲烷(DCM)、四氢呋喃(THF)、乙二醇(ethylene glycol)、正丙醇(1-propanol)、丙酮(acetone)、三氯甲烷(CHCl₃)、甲醇(methanol)、四氯化碳(CCl₄)及乙醇混合。静置24小时。结果如图1所示，其中，图1中第一排从左到右依次为实施例1的改性石墨烯在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、DMSO、N-甲基吡咯烷酮(NMP)及邻二甲苯(o-xylene)；第二排从左到右依次为二氯甲烷(DCM)、四氢呋喃(THF)、乙二醇(ethylene glycol)及正丙醇(1-propanol)；第三排从左到右依次为丙酮(acetone)、三氯甲烷(CHCl₃)、甲醇(methanol)、四氯化碳(CCl₄)及乙醇的溶解状态。

(7)运用扫描电子显微镜(SEM)检测各实施例得到的改性石墨烯的分散性。其中，图2～3分别为实施例1及实施例2的SEM图。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种改性石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述混合液超声，得到所述改性石墨烯。

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，所述强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、叔丁醇钾及氢氧化钡中的至少一种。

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，在所述混合液超声的步骤中，所述超声的功率为180W～360W。

4.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，在所述将所述混合液超声的步骤之前，还包括将所述混合液回流的步骤。

5.根据权利要求4所述的改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述回流的时间为0.8h～2h。

6.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，所述将所述混合液超声的步骤包括：

将所述混合液超声，得到超声液；及

将所述超声液离心。

7.根据权利要求6所述的改性石墨烯的制备方法，其特征在于，所述将所述超声液离心的步骤中，所述离心的转速为10000r/min～15000r/min，所述离心的时间为30min～90min。

8.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，所述氧化石墨的粒径为50nm～150nm。

9.一种改性石墨烯，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述的改性石墨烯的制备方法制得。

10.权利要求9所述的改性石墨烯在制备润滑油中的应用。