[发明专利]一种氨基化β-CD/PTCA功能化石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种氨基化β‑CD/PTCA功能化石墨烯复合材料的制备方法，是先将氧化石墨烯GO用PTCA通过π‑π作用剥离，减小了GO由于π‑π堆积引起的团聚效应，增加了GO的层间距，得到功能化的GO‑PTCA，再在氨水和水合肼存在的条件下，将GO‑PTCA还原，得到rGO‑PTCA，然后再利用EDC和NHS作为交联剂使得NH₂‑β‑CD上的氨基和rGO‑PTCA上的羧基通过酰胺键共价键合，制得复合材料rGO‑PTCA‑CD。电化学性能检测显示，本发明制备的复合材料rGO‑PTCA‑CD具有更好的电子传输性能，可应用于用于超级电容器、电化学传感器、锂离子电池、纳米材料以及储氢等领域。

技术领域

本发明涉及一种氨基化β-CD/PTCA功能化石墨烯复合材料（rGO-PTCA-CD）的制备方法；本发明同时涉及该复合材料的酰胺化反应，属于复合材料技术领域。

背景技术

石墨烯是一种二维的碳纳米材料，已经广泛应用于超级电容器、电化学传感器、锂离子电池、纳米材料以及储氢等领域。但是由于层层之间的π-π作用，这将会引起不可避免的团聚效应，这将使石墨烯的层数变厚，影响其导电性。因此二维石墨烯的应用在一定程度上受到了限制。三维石墨烯由于其相对较大的比表面积、裸露更多的活性位点以及快速的电子传输性能，在一定程度上优于二维石墨烯。

根据之前的报道，3,4,9,10-苝四羧酸（PTCA）可以共价以及非共价修饰石墨烯。石墨烯层将会有效的被PTCA分子分开，此外，还能在还原后引入更多的羧基。这不仅使石墨烯成功的剥离，而且能够有效的对其修饰。

β-环糊精是一种由七个葡萄糖单元构成的多聚糖。其内腔疏水，而外腔亲水，环糊精的内腔可以包合不同种类的客体分子，例如氨基酸分子、阴离子及阳离子客体以及聚合物链等等，这使得环糊精在电化学传感器中具有广泛的应用。β-环糊精（β- CD）通常只能简单的复合在材料的一个表面。氨基化的β-CD具有可以和3,4,9,10-苝四羧酸上的羧基进行共价连接使得能大量连接氨基化的β-CD并且氨基化的β-CD具有大量的手性活性位点。因此将NH₂-β-CD和PTCA功能化的石墨烯通过酰胺键复合在一起有望广泛应用于电化学传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种氨基化β-CD/PTCA功能化石墨烯复合材料的制备方法。

一、氨基化β-CD/PTCA功能化石墨烯复合材料的制备

（1）PTCA功能化石墨烯rGO-PTCA的制备：将氧化石墨烯GO超声均匀分散于水中，加入3,4,9,10-苝四羧酸（PTCA），继续超声2.5~3.0h；然后升温至35~45℃，连续剧烈搅拌24~25h（搅拌速度为500~700rpm）；加入氨水溶液调节pH=11~12后再加入水合肼，在90~95℃反应3.0~3.5 h，过滤，洗涤，干燥，得到rGO-PTCA。

氧化石墨烯GO与PTCA的质量比为1:1.5~1:2.0；水合肼的加入量为氧化石墨烯GO质量的0.1%~0.3%。

（2）rGO-PTCA-CD的制备：将 rGO-PTCA复合材料分散到水中形成均匀分散液，向其中加入NH₂-β-CD混合均匀后，加入EDC和NHS作为交联剂，室温下搅拌反应48~49h后停止反应，过滤（过滤采用0.2 μm的滤膜），洗涤，得到复合材料rGO-PTCA-CD。

PTCA功能化石墨烯rGO-PTCA（rGO-PTCA）与氨基化β-CD（NH₂-β-CD）的质量比为2:1~2.5:1；EDC的加入量为氨基化β-CD质量的2~2.5倍；NHS的加入量为PTCA功能化石墨烯rGO-PTCA质量的3~3.5倍。

二、氨基化β-CD/PTCA功能化石墨烯复合材料的表征

1、红外谱图