[发明专利]改性三维石墨烯及其制备方法和聚合物复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种改性三维石墨烯，其特征在于，所述改性三维石墨烯上连接有由改性剂提供的改性基团，所述改性剂为芳香二胺类化合物。

2.根据权利要求1所述的改性三维石墨烯，其中，以所述改性三维石墨烯的总重量为基准，由所述改性剂提供的改性基团的含量为20-50重量％，优选为30-45重量％；

优选地，所述芳香二胺类化合物由式R₁HN-L₁-R-L₂-NHR₁所表示，其中，R选自取代的或未取代的芳香基团，L₁和L₂各自独立地选自C0-C3的亚烷基，R₁各自独立地为H、C1-C4的烷基和苯基中的一种或多种；

优选地，所述芳香二胺类化合物为对苯二胺、邻苯二胺、间苯二胺、1,5-萘二胺和N,N’-二苯基联苯二胺中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的改性三维石墨烯，其中，所述改性三维石墨烯的密度为3-10mg/cm³，优选为3-6mg/cm³；孔隙率为80-99％，优选为90-99％，更优选为92-96％。

4.一种改性三维石墨烯的制备方法，其特征在于，该方法包括：

(1)将改性剂与氧化石墨烯溶液混合，而后引入还原剂并调节反应体系的pH至碱性，得到碱性溶液；所述改性剂为芳香二胺类化合物；

(2)将步骤(1)的碱性溶液进行保温处理，以制得石墨烯水凝胶；

(3)将所述石墨烯水凝胶中未反应的改性剂除去后，进行冷冻干燥处理，由此获得改性三维石墨烯，该改性三维石墨烯上连接有由改性剂提供的改性基团。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(1)中，所述改性剂的用量使得所得的改性三维石墨烯上由改性剂提供的改性基团的含量为20-50重量％，优选为30-45重量％。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(1)中，所述改性剂和氧化石墨烯的重量比为100-1200：100，优选为200-1000：100，更优选为250-800：100，更进一步优选为280-600：100。

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，所述芳香二胺类化合物由式R₁HN-L₁-R-L₂-NHR₁所表示，其中，R选自取代的或未取代的芳香基团，L₁和L₂各自独立地选自C0-C3的亚烷基，R₁各自独立地为H、C1-C4的烷基和苯基中的一种或多种；

优选地，所述芳香二胺类化合物为对苯二胺、邻苯二胺、间苯二胺、1,5-萘二胺和N,N’-二苯基联苯二胺中的一种或多种。

8.根据权利要求4-7中任意一项所述的方法，其中，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.5-20mg/mL，优选为1-15mg/mL，更优选为3-10mg/mL；

优选地，所述还原剂为水合肼、葡萄糖、多巴胺和氨水中的一种或多种；

优选地，所述还原剂和氧化石墨烯的重量比为2-30：100，优选为5-20：100；

优选地，步骤(1)中，调节反应体系的pH至10-13。

9.根据权利要求4-8中任意一项所述的方法，其中，步骤(2)中，所述保温处理的条件包括：温度为70-180℃，时间为2-10h；

优选地，所述保温处理的条件包括：温度为70-100℃，时间为3-8h。

10.根据权利要求4-9中任意一项所述的方法，其中，步骤(3)中，所述冷冻干燥处理使得改性三维石墨烯的密度为3-10mg/cm³，优选为3-6mg/cm³；孔隙率为80-99％，优选为90-99％，更优选为92-96％。