[发明专利]一种纳米碳材料的分散方法

说明书

本发明公开一种纳米碳材料的分散方法，将单宁酸和三价金属盐分别配制成溶液，将两种溶液混合后加水配置TA/三价金属离子络合物溶液，将纳米碳材料加入到超纯水中配置成混合液，混合液在冰水浴超声处理后加入TA/三价金属离子络合物得到稳定的悬浮液；本发明使用的单宁酸金属络合物是一类无毒且稳定的缓冲体系，其对纳米碳材料的悬浮能力强，制成的纳米碳材料悬浮液稳定，方法的使用条件较宽，可以在纳米材料领域推广使用。

技术领域

本发明涉及一种利用单宁酸金属络合物实现对全品类纳米碳材料的分散以及转移的方法，涉及纳米碳材料技术领域。

背景技术

纳米共轭碳材料(碳纳米管，石墨烯以及共轭导电聚合物等)涂层因其优异的电化学性质与良好的导热性能，在储能、生物传感、分析以及柔性电子器件等新材料领域均有广泛的应用。但由于共轭纳米碳材料其高疏水性和尺寸/形态依赖性限制了它均匀的分散或固定在目标基质上，特别在水溶液中；涂层与基质材料之间缺少强的相互作用易于分离，无法真正作为整体材料来应用，这是限制共轭纳米碳材料广泛应用的一个主要问题。

近年来国内外学者开发出多种纳米材料涂层的制备方法，总体上分为两类：化学气相沉积法和水箱组装法，但均存在优缺点。化学沉积法的制备过程温度太高对碳涂层负载基质要求较高，且制备环境苛刻，这种方法仅限于石墨衍生碳材料；电泳沉积法，适用于聚苯胺这种本身具有极性基团的材料，对于碳纳米管或纯石墨烯共价键的引入会损坏碳共轭结构，降低碳材料本身性能并且对基质表面的清洁度要求高；涂制成膜法，对材料利用率低，涂层和基质之间缺少强的相互作用；真空抽滤法，耗时、耗能，抽滤后仅能得到碳材料膜，固定到基质需另想办法。水相自组装沉积法，此方法利用基质与纳米碳材料之间的相互作用来实现碳材料的转移、固定，其最终涂层结构易于进行调控，但是在解决碳材料亲水性问题上，如果引入共价键改性，则会影响碳材料性能。所以引入第三方转移、固定化因子与纳米碳材料之间发生非共价键相互作用来构建水分散配体，再由配体表面的转移、固定化因子与基质发生相互作用，在保留碳材料原有性能以及纳米尺度的前提下，构建碳材料涂层，这种方法将促进纳米碳共轭材料的应用发展。相较而言，此方法是比较符合未来对材料性能以及过程绿色化的要求，方法关键是找到一个合适的转移、固定化因子，要求其一部分基团能够负载所有品类的共轭纳米碳材料，另一部分基团能与目标基质发生相互作用，且两部分基团自身没有内耗的相互作用。

单宁酸包含在植物的果肉、树皮、树叶中，是一种具有重要经济价值的植物多酚，且具有高支化星状分子结构，是由棓酸作为单体，以糖单元为中心组成的五臂星状聚多酚，棓酸具有丰富的功能团(酚羟基、苯环以及羧基)可以跟不同的分子发生不同的相互作用。

发明内容

本发明提供一种利用单宁酸金属络合物实现对全品类纳米碳材料的分散以及转移的方法，单宁酸与铁离子的相邻羟基络合，其余的羟基的存在使得配位成稳定的三维酚类-金属网络，单宁酸的多酚羟基结构其亲油端可以被纳米碳共轭材料表面强烈吸附，而其疏水端伸向水溶液，从而可以起到分散与悬浮纳米碳共轭材料的作用。

本发明技术方案如下：

一种利用单宁酸金属络合物实现对全品类纳米碳材料的分散以及转移的方法，包括如下步骤：

(1)将单宁酸(TA)和三价金属盐加入超纯水分别配制成摩尔浓度为24mM的单宁酸(TA)水溶液和37mM的铁盐水溶液；

(2)取步骤(1)得到的0.5mL单宁酸(TA)水溶液和0.5mL三价金属盐水溶液依次加入到49mL的超纯水中配制TA/三价金属离子络合物；

(3)将纳米碳材料加入到超纯水中配置成质量浓度为0.05-0.2mg/mL的混合液；

(4)将步骤(3)的混合液在冰水浴下放进超声细胞粉碎机中超声35-40min；