[发明专利]一种基于油茶壳提取物还原氧化石墨烯制备石墨烯的方法

说明书

技术领域

    本发明属于材料技术领域，涉及纳米碳材料的制备，具体涉及一种基于油茶壳提取物还原氧化石墨烯制备石墨烯的方法。

背景技术

    石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法、定向生长法、电化学合成法和化学合成法。其中，化学氧化还原法是制备低成本和大量石墨烯的最合适方法。化学氧化还原法是利用氧化反应将石墨氧化为氧化石墨，然后通过超声剥离而形成氧化石墨烯，再加入还原剂进行还原。常用的还原剂有水合肼、乙基肼、NaBH4/ 对苯二酚等。但这些还原剂本身有毒或有爆炸性，具有较大危害。且使用这些还原剂还原得到的石墨烯在溶液中容易发生不可逆团聚，无法对其进行进一步的改性和功能化，这极大的限制了其对石墨烯质量要求较高的领域的应用。因此，寻找并采用新型的、环境友好的、价廉易得的还原剂，采用简单高效的绿色还原方法具有重要意义。

发明内容

     针对现有的制备技术存在的问题，本发明提出一种基于油茶壳提取物还原氧化石墨烯制备石墨烯的方法，采用环境友好的植物天然提取物作为还原剂和稳定剂，克服现有技术中还原剂有毒且危险、且生成的石墨烯易产生不可逆团聚或沉淀的问题。

      本发明的技术方案，一种基于油茶壳提取物还原氧化石墨烯制备石墨烯的方法，其特征在于方法步骤如下：

（1）将氧化石墨烯加入到油茶壳提取的原花青素溶液中，加入少量盐酸溶液，超声分散；

（2）然后将混合物在水浴条件下持续搅拌反应2h，将所得稳定的黑色分散物过0.22μm滤膜然后用超纯水洗涤至少三次，得到产物；

（3）将产物冷冻干燥，最终得到可再分散的还原石墨烯粉末。

本发明所述的还原剂为油茶壳提取的原花青素。

本发明所述的所需要原花青素的量为50-100 mL 30%的乙醇/水流出物, 提取物制备方法见文献【薛昆鹏，颜流水，赖文强，黄智敏，郭会琴，超声微波酶解协同提取油茶壳中原花青素，化学研究与应用，2012,8:1295-1299】。

本发明所述的超声分散后的混合液中氧化石墨烯的量为20-50mg/L。

本发明所述的原花青素溶液中的溶剂为25-35%的乙醇/水溶液。

本发明所述的加入盐酸的量为0.8-1mL。

本发明所述的水浴反应温度为85±5℃。

本发明所述的冷冻干燥的温度为-40~-50℃，相对真空度低于-0.015MPa。

本发明的优点是：成功将油茶果壳提取原花青素应于还原氧化石墨烯，原花青素既起到还原剂又起到稳定剂的作用，一方面使氧化石墨烯得到还原，另一方面解决了目前还原剂所制备的石墨烯容易团聚问题，扩展了可分散石墨烯的应用领域。该法简单高效、绿色环保，所制备石墨烯分散性好，拓展了其应用领域。

附图说明

图1 是实施例中的石墨粉（a）氧化石墨烯（b）还原石墨烯（c）的X射线衍射（XRD）谱图。

由图可知，石墨a曲线在2θ 为 26.7° 处出现很强的衍射峰，即石墨碳（002）面的衍射峰，对应的晶格间距为0.338nm。与石墨相比，氧化石墨b曲线在2θ 为26.7°的峰基本消失，在 9.5°处出现衍射峰，即氧化石墨（001）面衍射峰, 对应的晶格间距为0.827nm，晶格间距明显增大，说明剥离较充分。进一步地，与氧化石墨烯相比， 石墨烯曲线c在2θ 为 9.5° 的衍射峰消失，且在2θ 约为 18°出现一个较宽的弱衍射峰，表明氧化石墨烯中的含氧官能团基本被还原去除，得到还原态石墨烯。

图2是氧化石墨烯（a）和还原石墨烯（b）的红外光谱图。

图中，还原后在波数1730cm^-1（C=O）,1380 cm^-1（O-H）,1060 cm^-1（C=O）处的吸收峰明显减低，1624 cm^-1（C=C）处吸收峰大大提高，表明氧化石墨烯的含氧官能团大大减少，而sp²杂化的碳原子结够得到大大恢复。

图3是还原石墨烯的不同放大倍率下的高分辨透射电镜图。

图2b中的插入图为还原石墨烯的选区电子衍射图。

由图可知，还原后石墨烯为完整片层结构，且呈现为极好的晶型结构。

图4是氧化石墨烯和还原后的石墨烯在水溶液中的分散效果图。

图中，氧化石墨烯分散在水溶液中为黄褐色透明混合溶液，被还原后水溶液呈现黑色，且分散性良好，表明其已经被还原，得到分散性好的石墨烯。