[发明专利]一种超双亲氧化石墨烯及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种超双亲氧化石墨烯及其制备方法和应用。其中，超双亲氧化石墨烯的制备方法包括：将氧化石墨烯分散液与含有疏水改性剂的溶液混合后在模板剂的作用下反应I，得到双亲氧化石墨烯分散液；将双亲氧化石墨烯分散液与含有亲水改性剂的溶液混合得到混合液，反应II，得到所述超双亲氧化石墨烯。本发明的制备方法将疏水改性氧化石墨烯和亲水改性氧化石墨烯结合起来，得到了亲水性和亲油性优异的超双亲性氧化石墨烯，提高了氧化石墨烯的溶剂分散性，促进氧化石墨烯的进一步应用。

技术领域

本申请涉及一种超双亲氧化石墨烯，更具体地，涉及一种超双亲氧化石墨烯及其制备方法和应用，属于化学材料领域。

背景技术

石墨烯是一种由sp²杂化的碳原子以六边形排列形成的呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，被认为是目前世界上最硬的材料，具有优异的电学性能、力学性能、热稳定性能、导热性能等。氧化石墨烯是表面存在大量含氧基团的石墨烯衍生物材料，氧化石墨烯材料表面的含氧基团使得材料可以进行多种修饰改性，可实现功能的可控设计。研究表明，氧化石墨烯表面具有亲水性，使得其在一些疏水聚合物或者油性溶剂中容易发生团聚，限制了氧化石墨烯的应用范围。为了进一步应用，必须提高氧化石墨烯(GO)在各种溶剂中的分散性。目前已经有很多方法对GO进行修饰改性，提高其分散性。这些改性氧化石墨烯，一般情况下或者亲水，或者亲油，只能分散在特定的溶剂中。制备同时具有两亲性的GO有待进一步开发。

目前双亲性材料的制备主要是以含有功能性基团的有机或者无机物质为基体，利用氧化石墨烯的羧基、羟基、环氧基，采用疏水性的物质或者亲水性的物质对上述基团进行改性，得到双亲性材料。

申请公布号为CN101844672A的专利公开了一种亲水性石墨烯的制备方法，主要包括：采用天然鳞片石墨为原料制备氧化石墨烯，采用超声处理剥离成单层氧化石墨烯片；再将单层氧化石墨烯片与六次甲基四胺在100℃下回流12h，得到在水中分散的石墨烯分散系。该方法制备的氧化石墨烯，只适用于特定溶剂中。

申请公布号为CN106587043A的专利公布了一种双亲性增强的氧化石墨烯的制备方法，主要包括：将氧化石墨烯粉末加入到N,N-二甲基二甲酰胺中，超声后油浴加热，加入水碳酸钾，碘化钾等催化剂，滴加溴代十二烷，超声，干燥即可。该方法采用油浴，反应温度高，具有较高的危险性，同时只进行了疏水改性，依靠石墨烯自身的含氧官能团保持其亲水性，使得双亲石墨烯的亲水性较弱。

申请公布号为CN103086366A的专利公布了一种两亲性氟化-氧化石墨烯的制备方法，主要包括：将氧化石墨烯置于等离子体发生器中，通入CF₄气体，对氧化石墨烯进行氟化处理，反应最终得到双亲性氟化-氧化石墨烯。该方法采用等离子设备，成本较高，工艺较难控制，不利于工业化。

申请公布号为CN108439373A的专利公布了一种双亲性Janus结构石墨烯基气凝胶及其制备方法，主要包括：将氧化石墨烯/硫脲/水在160-200℃下水热反应，制备硫氮共掺杂石墨烯水凝胶，真空冷冻干燥碳化得到疏水性硫氮共掺杂气凝胶；再将氧化石墨烯液喷涂到硫氮共掺杂石墨烯气凝胶的另一面，得到双亲性结构气凝胶。该方法采用硫脲为改性剂，具有危险性，不适合大规模工业化生产。

通过以上现有技术可知，既亲水又亲油的超双亲性氧化石墨烯鲜有报导，现存的报导双亲氧化石墨烯的制备方法中，大多只进行了疏水链段(亲油性)的改性，对亲水端并未处理，仅依靠氧化石墨烯自身的含氧官能团保持亲水性，是远远达不到超亲水的；而且一些方法成本昂贵或者过程具有毒性。因此，有必要开发一种过程简单安全，既亲水又亲油的超双亲(对水和油的接触角均小于5°)氧化石墨烯，以大大改善氧化石墨烯在各种有机溶剂中的分散性，实现广阔的应用前景。

发明内容

根据本申请的第一方面，提供了一种超双亲氧化石墨烯的制备方法，在该方法中，通过疏水和亲水端的改性制备超双亲氧化石墨烯，制备过程安全简单，成本较低，制备的超双亲氧化石墨烯在各种有机溶剂中具有良好的分散性。