[发明专利]一种聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料；是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。这种材料所具有的高模量、高强度、良好的导热性、优异的载流子迁移率以及超大的比表面积等性能使其在电子器件、传感器、储能器件以及复合材料等领域展示出了广阔的应用前景。目前石墨烯的制备方法主要包括微机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化石墨烯还原法、有机合成法、溶剂剥离法和热还原法等。相比而言、氧化石墨烯还原法成本低廉、工艺简单，是最有可能实现规模化制备的方法，因此对其研究较为广泛。

氧化石墨烯还原法是指先通过天然石墨板与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨，经超声分散制备出氧化石墨烯，再通过还原剂(如肼、二甲基肼、NaBH₄、LiAlH₄、维生素C、茶多酚等)，使氧化石墨烯中的含氧官能团(如羧基、环氧基和羟基等)还原而获得石墨烯的方法(由于获得的石墨烯仍然具有一定的含氧官能团，因此本发明将通过氧化石墨烯还原法获得的石墨烯称为还原氧化石墨烯)。但现有的氧化石墨烯还原法主要具有以下缺点：利用肼类试剂(如肼、二甲基肼)、NaBH₄、LiAlH₄等具较强毒性的试剂作为还原剂，对环境具有较大危害，不利于大规模工业化生产；利用维生素C、茶多酚等环境友好型的还原剂时，随着亲水性的含氧基团被还原，还原氧化石墨烯容易发生团聚，所以在还原时要加入稳定剂。因此，对于本领域技术人员而言，急需研发一种新的还原剂，使氧化石墨还原时不会对环境产生污染，并且无需加入稳定剂，实现还原及稳定一步进行。

发明内容

为解决上述问题，本发明第一方面提供了一种聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯，所述聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯具有良好的分散性；第二方面提供了一种聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯的制备方法，实现了氧化石墨烯还原及稳定的一步进行；本发明第三方面还提供了所述聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯的应用。

第一方面，本发明提供了一种聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯，所述聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯包括还原氧化石墨烯和聚多巴胺，所述聚多巴胺以物理吸附的方式附着在所述还原氧化石墨烯的表面。

优选地，所述聚多巴胺呈薄膜状，均匀附着在还原氧化石墨烯表面。

优选地，所述聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯长度为200nm～600nm，高度为2.0nm～3.0nm。

本发明所述的聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯的离域π键得到修饰，分散性能得到提高。

第二方面，本发明提供了一种聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

按照(1～4):(1～4)的质量比称取氧化石墨烯和盐酸多巴胺，将所述氧化石墨烯和所述盐酸多巴胺加入到溶剂中使其充分溶解，制得混合溶液；调节所述混合溶液的pH值至8.5～9.0，于55℃～65℃温度下，反应12h～24h后，得到所述聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯。

优选地，所述氧化石墨烯的层数为单层。

优选地，所述氧化石墨烯的高度为0.8～1.2nm。

优选地，所述氧化石墨烯与所述盐酸多巴胺的质量比为2：1。

优选地，所述pH值为8.5。

优选地，所述温度为60℃，所述反应时间为24h。

优选地，所述反应是在剧烈搅拌的条件下进行。

更优选地，所述反应是在搅拌速度为600rpm的条件下进行的。

优选地，将所述混合溶液在冰水浴中搅拌超声10分钟，以活化盐酸多巴胺，促使其发生自身聚合反应。

优选地，所述溶剂为Tris-Cl溶液或PBS缓冲液。