[发明专利]一种还原氧化石墨烯并制备导电纳米复合材料的方法

说明书

技术领域：

本发明显著提高了氧化石墨烯的电导率，为还原氧化石墨烯提供了简便且有效的还原途径，还原得到的石墨烯是一种廉价且电导率优异的新型导电填料。本发明的导电且热稳定的聚苯乙烯复合材料可应用于汽车、电子、家电设施等大量需要导电纳米复合材料的领域。

背景技术

石墨烯是由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成的二维蜂窝状的六角晶格的平面薄膜，是目前最理想的二维纳米材料。自从被报道以来，由于其具有独特性能，正在被用于提高材料的导电、导热、阻燃和力学等性能，引起了人们的极大兴趣，已经作为一种纳米填料被应用于很多聚合物当中。

鉴于石墨烯极好的导电、导热及其他方面优异的性能，国际上已有越来越多的学者参与到石墨烯的合成及制备当中，目前，常用的石墨烯的制备方法有微机械剥离、化学沉积法和取向附生，但是，这些方法的主要障碍就是放大生产。氧化石墨烯(简写GO)被证明是通过超声剥离及化学还原制备石墨烯的极佳的前躯体，也有很多人开始通过从氧化石墨出发来制备石墨烯。例如：中国专利ZL201110122237.3公开了以毒性较低的丙酮肟、乙醛肟或者甲乙基酮肟为还原剂，在pH为6～14的GO水溶液中还原GO制备得到石墨烯。中国专利ZL201010587400.9中公开了一种利用连二亚硫酸钠和氢氧化钠配成的还原剂溶液来还原GO的方法。除此之外，Ruoff等人用水合肼还原了超声剥离后的GO(Stankovich，S.；Dikin，D.A.；Piner，R.D.；Kohlhaas，K.A.；Kleinhammes，A.；Jia，Y.；Wu，Y.；Nguyen，S.T.；Ruoff，R.S.Carbon 2007，45(7)，1558-1565.)，由于不饱和及共轭的碳原子的形成，还原后的GO的电导率有了改进，但是在对其还原之前先对其进行表面功能化对于防止还原后的GO片层的堆积和改进它们在聚合物中的分散仍然很有必要。考虑到这一点，Kang等人用多巴胺还原GO，同时用聚合了的多巴胺来包覆，从而提供一个共价接枝功能化的聚合物束的活性平台(Xu，L.Q.；Yang，W.J.；Neoh，K.G.；Kang，E.T.；Fu，G.D.Macromolecules 2010，43(20)，8336-8339.)。因此，寻找有效的还原并对GO表面进行功能化的绿色、高效且无毒的还原方法成为研究的热点。

在我们的前期工作中已经发现十八烷基胺(ODA)能够在不加入其他任何还原剂时通过简单的回流就可以实现对GO的同时表面功能化及还原，在被还原之后氧化石墨烯-十八烷基胺(GO-ODA)的电导率可以达到1.2×10^-4S/m，相对于GO的电导率提高了三个数量级。与ODA相比，对苯二胺(简写PPD)因为其两端均有胺基，在还原和功能化GO方面效果更佳，而且，PPD中的苯环与聚苯乙烯(简写PS)基体相容性更好，更有利于提高PS的电导率。

发明内容：

本发明提供了一种同时功能化并还原GO以及制备导电并且热稳定的PS纳米复合材料的方法。其特点是用PPD代替常用的有毒的还原剂(如水合肼等)对GO进行还原，同时不需要引入其他的表面修饰剂，即能将GO转变为亲油物质，更有利于在PS基体中的分散，得到的纳米复合材料具有良好的导电性和热稳定性。

本发明是由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为体积分数。

本发明所提供的还原氧化石墨烯是按照下述步骤制备得到的：

一种还原氧化石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：将氧化石墨通过超声波处理器剥离分散在去离子水中形成溶液，溶液浓度为0.5～2mg/ml，随后加入质量10倍于氧化石墨的对苯二胺和氨水溶液，最后形成的碱性溶液中氨水浓度为3μl/ml；混合物在90～100℃下机械搅拌回流0.25～3h；

B：将得到的产物过滤，滤渣淋洗在乙醇中，并超声后再重新过滤，淋洗-过滤过程重复数次，以除去物理吸附的对苯二胺；

C：上述过滤得到的产物80℃干燥24小时得到氧化石墨烯-对苯二胺。

为了体现出氨水在整个反应中的作用，本发明还做了不加氨水情况下的实验进行对比。以下提到的GO-PPD如果不是特别指出不加氨水情况下的，则均为加过氨水的样品。

本发明的还原氧化石墨烯的方法与现有的制备方法相比，具有如下优点：

A：本发明未涉及有毒的化学试剂，避免了环境危害及人身威胁，因而安全性强；