[发明专利]胺化聚苯乙烯功能化石墨烯纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能化石墨烯纳米材料及其制备方法，特别是一种胺化聚苯乙烯功能化石墨烯纳米材料及其制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

石墨烯(Graphene)自2004年被发现以来，源于其优异的性能，已经成为新材料领域一颗耀眼的明星材料。近几年来，不断突破多个瓶颈问题，已经在复合材料、能源存储与转化及生物等领域取得一个又一个重要的成就。基于石墨烯的研究已成为世界科技创新的前沿领域之一。

目前，除价格较昂贵的CVD方法可以宏量制备石墨烯外，另一个重要的方法是石墨的深度氧化制备氧化石墨，继而通过还原宏量制备石墨烯及其衍生物。这也成为较廉价的宏量制备石墨烯的重要湿化学方法。然而，结构完整的石墨烯层间存在较强的范德华力作用，且表面呈化学惰性，极易团聚；并且，未加任何修饰的还原石墨烯也会再次团聚成为石墨，这也更加限制了在聚合物纳米复合材料中的应用。因此，开展基于重要前驱体，氧化石墨，的共价及非共价功能化是发挥其优异性能，应用于各领域的重要前提。这也是目前，广泛采用的湿化学策略。

作为一个典型的由上至下(top-down)的方法，基于氧化石墨烯的化学修饰依然被认为是目前最合理、成本较低、易修饰且能够大量制备功能化石墨烯的一种有效手段。氧化石墨烯表面富含含氧功能基团使其为热不稳定材料，受热极易降解，并且失重温度区间很窄。因而，通过共价或非共价化学修饰技术实现功能化石墨烯兼具高分散性及高热稳定性等一系列科学问题，亦成为目前最重要和最具挑战的工作之一。

截止目前，基于氧化石墨的湿法化学修饰主要分为有机共价及非共价两种策略。例如，共价功能化主要包括异氰酸酯法、酯化、酰胺化、硅烷化法、亲核取代及相转移技术等。非共价功能化主要包括氢键自组装、静电自组装及主客体识别等。经过功能化的纳米材料，可以使其性能得到显著提高。以热稳定性为例，引入分子后，因改变了界面相互作用，功能化材料性能显著优于氧化石墨。(1.Zhang S P,Song H O,Supramolecular graphene oxide-alkylamine hybrid materials:variation of dispersibility and improvment of thermal stability,New Journal of Chemistry.,2012,36(9):1693-1908.2.Zhang S P,Xiong P,Yang X J,Wang X.Novel PEG functionalized graphene nanosheets:enhancement of dispersibility and thermal stability,Nanoscale,2011,3(5):2169-2174.)

但在上述方法中，材料制备所采用的方法与本发明采用的方法不同。一般地，文献中报道的基于GO含氧基团的反应多为单一的共价或非共价策略。操作过程中所用的试剂一般存在或毒性大、或容易遇水分解等缺陷。合成步骤操作繁琐，难于工业化大规模生产。

发明内容

本发明针对现有技术存在的反应温度高、操作繁琐、偶联试剂毒性较大等不足，提供一种胺化聚苯乙烯功能化石墨烯纳米材料。

本发明的另一目的是提供一种胺化聚苯乙烯功能化石墨烯纳米材料的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种胺化聚苯乙烯功能化石墨烯纳米材料，其结构通式为：

一种胺化聚苯乙烯功能化石墨烯纳米材料的制备方法，通过将天然石墨粉深度氧化处理得到氧化石墨固体，再经在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中超声分散，得到氧化石墨烯DMF分散液，加入胺化聚苯乙烯后，经过搅拌、过滤及干燥后，得到功能化石墨烯杂化材料。其具体的工艺包括以下步骤：

步骤1、采用改进后的Hummers方法以天然石墨粉制备氧化石墨固体(GO)；

步骤2、超声下，制备氧化石墨烯的DMF悬浮液，氧化石墨和DMF溶剂的比为7.5～15mg/mL；

步骤3、制备胺化的聚苯乙烯(PPAS)的DMF溶液；

步骤4、将步骤2的悬浮液与步骤3的PPAS溶液混合，氧化石墨烯与PPAS的质量比例为1：10～10：1，加热到100～160℃搅拌；

步骤5、减压过滤、洗涤、干燥后即得到胺化聚苯乙烯功能化石墨烯纳米材料(PPAS-GO)。

步骤2中所述的超声时间为2～10h。