[发明专利]一种双电性高分散石墨烯纳米杂化材料、制备及应用

说明书

本发明公开一种双电性高分散石墨烯纳米杂化材料、制备及应用,一种双电性高分散石墨烯纳米杂化材料，由双电性蛋白质和石墨烯结合组成，所述双电性高分散石墨烯纳米杂化材料可在水中高浓度稳定分散；本发明制备的双电性石墨烯/干酪素纳米杂化材料具有双电性、PH响应性以及很好的再分散性，在复合材料、功能材料、智能纳米材料等方面具有广泛的应用。

技术领域

本发明涉及一种利用球磨法制备的双电性高分散石墨烯纳米杂化材料、制备及应用，属于二维高分子材料领域，也属于化学、化工、能源、生物领域。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格结构二维碳纳米材料。由于其独特的单原子结构，使其具有非常优异的性能，如高的比表面积，最高的力学强度，优异的电导率和热导率，以及很好的透光性和气体阻隔性。石墨烯的制备方法有很多，其中液相剥离法是将石墨分散到特定的溶剂或表面活性剂中, 通过超声波或机械剪切力将单层或多层石墨稀从石墨表面直接剥离, 得到石墨烯分散液的过程。与超声以及其他液相剥离的方法相比，球磨法具有很多明显的优势，如工艺简单，成本较低，适合工业化生产等。但是，通过液相剥离法制备的石墨烯通常表面只带有一种电荷，呈单一电性，而且将制得的石墨烯分散液干燥得到的石墨烯固体的再分散性较差。

蛋白质是由氨基酸以脱水缩合的方式组成的多肽链经过盘曲折叠形成的具有一定空间结构的物质。作为一种典型的生物大分子，蛋白质广泛存在于自然界，如动植物与微生物的体内。由于蛋白质分子中存在着氨基和羧基，因此具有双电性。而对于某些特定的的蛋白质，同时具有亲水和疏水的区域，这样的结构类似于表面活性剂，具有表面活性剂的一些性质，如乳化、稳定、增稠等作用。对于具有这种性质的蛋白质也具有类似于表面活性剂的液相剥离石墨烯的潜力。

通常采用一步球磨法制备的石墨烯都是单一电性的，不具有PH响应性；而且得到的石墨烯分散液浓度不高，再分散性不好。例如，专利号为CN107445148A的中国发明专利将石墨和带有苯氨基的有机分子混合球磨，制备了表面带氨基的石墨烯片层；专利号为CN108529609A的中国发明专利将石墨烯和醋酸钠等物质混合球磨，制备了边缘带有羧基的石墨烯片层，增加了石墨烯的亲水性；专利号为CN106744900A的中国发明专利将石墨烯粉体和硅烷偶联剂在有机溶剂-水体系中水热搅拌进行接枝反应，然后超声分散，再将接枝后的石墨烯分散液进行球磨、浓缩、干燥得到分散性较好的石墨烯，但是工艺繁琐，成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：

本发明的第一个目的是提供一种双电性高分散石墨烯纳米杂化材料，由双电性蛋白质和石墨烯结合组成，所述双电性高分散石墨烯纳米杂化材料可在水中高浓度稳定分散。

优选的是，采用双电性蛋白质分散液和石墨通过一步剥离法制得。

优选的是，双电性高分散石墨烯纳米杂化材料水分散液中石墨烯杂化材料和水的质量比为0.00025:1-0.2:1；双电性高分散石墨烯纳米杂化材料固体材料由双电性高分散石墨烯纳米杂化材料水分散液干燥制得，其中双电性蛋白质和石墨混合时的质量比为0.025:1 -20:1。杂化材料中双电性蛋白质和石墨烯质量比为1.07:1-100:1。

优选的是，双电性高分散石墨烯纳米杂化材料片层厚度为1-20nm，片层大小为300nm-20μm。

优选的是，双电性高分散石墨烯杂化材料在水中具有良好的再分散性，双电性高分散石墨烯纳米杂化材料可在水中分散，浓度可达5%以上。

优选的是，双电性双电性石墨烯纳米杂化材料水分散液在pH＜4.6时带正电，pH＞4.6时带负电。

优选的是，所述双电性蛋白质为不同种类的双电性蛋白质的一种或几种的组合；更为优选的是，所述双电性蛋白质为干酪素、大豆蛋白和牛血清蛋白的至少一种。