[发明专利]一种功能化还原石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料的研究领域，特别涉及氧化石墨烯领域。

背景技术

2004年英国的两位教授从定向热解的石墨中用特制的胶带剥离出了单层的石墨片，也就是纳米材料石墨烯（Graphene），它独特的二维结构使其具备了一系列优异的性能，优异的电子电学性能，超强的机械强度，良好的热传导性使得它在许多的领域都有广泛的应用，例如，传感器、复合材料等等，但是，石墨烯的生产成本高昂，科学家致力于找到一种能够低成本，大规模生产石墨烯的方法，目前制备石墨烯的主要方法是以氧化石墨烯为前驱体，经过还原，使其转变为还原石墨烯。目前用到的还原方法主要有化学试剂还原，热溶液还原法等，但是这些方法制备的石墨烯很难再溶于水，影响了它的进一步应用；此外由于石墨烯较大的比表面积，片层之间较强的范德华力使得它很容易团聚，导致它优异的性能大打折扣，为了克服这一缺点，通常的做法是采用分散剂对其进行表面改性。水合肼还原和水热法等方法制备的还原石墨烯进行表面改性通常是在还原的过程中加入分散剂，同步完成还原过程和功能化过程，虽然这种方法能够成功的修饰石墨烯，但是表面活性剂的加入会干扰还原过程，制备的功能化石墨烯缺陷密度较大。

上述提到的方法制备的功能化石墨烯具有较大的缺陷密度，并且用到了水合肼等化学试剂，这些化学试剂有剧毒，对实验的防护要求较高，且产生的废物如果处理不当会造成严重的生态灾难。与上述方法相比，先通过高温制备还原石墨烯，然后将其通过超声功能化，则可以显著的降低其缺陷密度，同时，由于在还原的过程中没有用到化学试剂，制备过程绿色无污染。

拉曼光谱被用来表征还原氧化石墨烯的结构变化，在1352cm-1 和1580cm-1 处出现的特征峰被称为D带和G带，D带和还原石墨烯无序杂乱的结构有关，G带反映石墨烯有序排列的结构，D带和G带的强度比值（ID/IG）被用来评判石墨烯表面的密度缺陷，比值越大，表面石墨烯表面的缺陷越多，反之，则缺陷较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种绿色无污染的功能化石墨烯的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种功能化还原石墨烯的制备方法，按照如下的步骤进行：

步骤一、制备氧化石墨烯，根据Hummers法将石墨氧化使其转变为氧化石墨烯；

步骤二、还原石墨烯的制备，将装有氧化石墨烯的石英舟放到退火炉的石英管的一端，通入保护气体，将退火炉升温到500-1000℃后，将装有氧化石墨烯的石英舟移动到退火炉的石英管的另一端，继续对石英舟加热，温度保持在500-1000℃，5s-30min后，氧化石墨烯受热膨胀，还原成为还原石墨烯；

步骤三、功能化还原石墨烯，将质量比为1：100~5:1的分散剂和还原石墨烯加入到去离子水中，超声处理或者高速搅拌分散，得到功能化的还原石墨烯胶体悬浮液，将胶体悬浮液过滤、洗涤、干燥即可得到功能化的还原石墨烯。

作为一种优选方式：步骤二中保护气体为氩气、氮气中的一种或者两种混合气。

作为一种优选方式：步骤三中的分散剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇辛基苯基醚为代表的表面活性剂、聚乙烯吡咯烷酮为代表的高分子、壳聚糖为代表的生物大分子的一种或几种。

本发明的有益效果是：本发明采用高温还原处理氧化石墨烯使得还原石墨烯产物不需要过滤、洗涤，产品缺陷密度较小，经过超声或者高速搅拌处理后能够分散在水、甲醇、乙醇，THF等溶剂中，便于对石墨烯进一步处理。分散剂在去离子水中吸附在高温还原的石墨烯表面，可以有效的阻止石墨烯的团聚，同时分散剂能够赋予石墨烯新的性能。功能化过程操作简单，效率高，可以满足工业生产需求。功能化的石墨烯可以用于增强高分子材料的机械强度，导电性，热学稳定性等等，功能化过程赋予石墨烯新的性能，拓宽了高分子材料的应用领域。

附图说明

图1是本发明的示意图。

具体实施方式

实施例1

1）氧化石墨烯的制备：根据Hummer法将石墨氧化后，离心、洗涤、干燥得到氧化石墨烯。

2）将300㎎氧化石墨烯放到石英舟里，将石英舟放到长石英管的一端，将长石英管另一端的退火炉快速升温至1000℃后迅速移动到放有石英舟的一端，保持大约30s 后，氧化石墨烯在短时间内受热膨胀，变为高温还原的石墨烯。通过高温制备的还原石墨烯ID/IG只有0.77，远远小于采用水合肼和水热法制备的还原石墨烯。