[发明专利]一种两亲性石墨烯复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合膜，尤其是涉及一种两亲性石墨烯复合膜及其制备方法。

背景技术

2004年石墨烯(Graphene)的问世引起了全世界新的研究热潮。石墨烯是单层碳原子紧密排列成二维六角结构的一种碳质新材料。这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335nm，将20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。石墨烯具有一系列独一无二的特性。2008年8月，美国科学家证实，石墨烯是目前已知世界上强度最高的材料。石墨烯还是目前已知的导电性能最出色的材料，它的电子传输速度要比硅快数十倍。采用Hummers等(J.Am.Chem.Soc.，2009，131(3)：1043-1049)化学氧化还原方法，以天然石墨作为原料，可大批量地生产石墨烯。

金纳米粒子因其特有的光学以及化学和催化性能，正引起科技界越来越浓厚的兴趣。通常这些特性决定于这些金属粒子的粒径和形态。由于非球形粒子比各向同性的球形粒子具有更优越的性能，不同形态和粒径的纳米金粒子会产生很多不同于本体金的特殊性质。利用种子法可大批量地制备出表面带十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)的金纳米短棒。

由于石墨烯及纳米金的独特性质，近来有关石墨烯和纳米金复合材料制备方法的研究报道也越来越多。但目前相关的研究大多着眼于在石墨烯上原位生长出纳米金粒子，很难调控纳米金粒子的形貌。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两亲性石墨烯复合膜及其制备方法。

本发明所述一种两亲性石墨烯复合膜由氧化石墨烯、金纳米棒、油胺改性的石墨烯组成，氧化石墨烯、金纳米棒和油胺改性石墨烯三者呈夹心结构，所述氧化石墨烯为单层、多层或者单层和多层两者的混合，所述氧化石墨烯表面带有羧基、羟基、环氧键等官能团；所述金纳米棒表面带十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)，长度为20～100nm，长径比为2～10；所述油胺改性石墨表面带有油胺基团。

所述氧化石墨烯是以天然石墨为原料，由Hummers方法(参见文献：J.Am.Chem.Soc.，2009，131(3)：1043-1049)制得。

所述金纳米棒由Tapan K.Sau等报道的种子法(参见文献：Langmuir，2004，20(15)：6414-6420)制得。

所述油胺改性石墨以浓硫酸或N，N′-二环己基碳酰亚胺(EDC)/N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为催化剂通过微波加热、常温搅拌或者加热回流等方法制备。

本发明所述一种两亲性石墨烯复合膜的制备方法包括以下步骤：

1)以天然石墨为原料，制备氧化石墨烯；

在步骤1)中，所述制备氧化石墨烯，可采用Hummers方法(参见文献：J.Am.Chem.Soc.，2009，131(3)：1043-1049)制得。

2)采用种子法制备表面带十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)的金纳米棒；

在步骤2)中，所述种子法可参见文献：Langmuir，2004，20(15)：6414-6420。

3)将步骤1)所得的氧化石墨烯溶解于油胺中，加入硫酸作为催化剂，加热，得油胺改性石墨烯；

4)将步骤1)所得的氧化石墨烯和步骤2)所得的金纳米棒分别分散到水中，然后将金纳米棒水溶液加到氧化石墨烯水溶液中，获得金纳米棒-氧化石墨烯水溶液；

5)将步骤3)所得的油胺改性石墨烯分散到甲苯中；

6)向步骤4)所得的金纳米棒-氧化石墨烯水溶液加入步骤5)所得的油胺改性石墨烯甲苯溶液，所得混合溶液静置、超声或搅拌后，在水-甲苯界面上氧化石墨烯、金纳米棒、油胺改性的石墨烯，即可自组装成一种两亲性石墨烯复合膜。

本发明采用的液-液界面自组装方法可将已合成的形貌均一的金纳米棒均匀地组装到石墨烯上并形成复合膜，采用本发明的直接自组装方法可克服目前石墨烯原位生长纳米金形貌不均一难以控制的缺点。本发明工艺简单，所需原料便宜易得，可用于批量生产。另外本发明还具有一定通用性的潜能，可将其他形貌的纳米金或其他不同特性的纳米粒子组装到石墨烯上，形成不同功能的复合膜。

附图说明

图1为实施例2制备的金纳米棒的扫描电镜图片。在图1中，标尺为100nm。

图2为实施例2制备的金纳米棒的透射电镜图片。在图2中，标尺为100nm。

图3为实施例3制备的油胺改性的石墨烯的红外光谱图。在图3中，横坐标为波长Wavenumbers(cm^-1)，纵坐标为透视率Transmittance(％)。