[發明專利]一種生物相容性石墨烯的制備方法

無效

• 申請號: 201010535177.3
• 申請日: 2010-11-03
• 公開（公告）號: CN102030325A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 張大成;馬衍偉;張熊;陳堯;王長慧;余鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種生物相容性石墨烯的制備方法，特別涉及通過生物還原劑還原氧化石墨得到能在水中穩定分散的石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯是由碳原子在二維空間上緊密堆積成六邊形晶格結構的一種新型材料，是組成1維碳納米管0維富勒烯和石墨的基本單元。自從Novoselov等采用機械剝離熱解石墨獲得獨立存在的石墨烯以來，由于其優異的機械性能和物理性能，迅速成為材料科學研究的熱點，目前石墨烯的研究已經在基礎研究廣泛展開，有進一步實現應用的可能。大規模制備石墨烯的方法有化學剝離法[D.Li?et?al.，Nat?Nanotech.，2008，3，101]，熱剝離法[H.C.Schniepp?et?al.，J?Phys?Chem?B.，2006，110，8535]，CVD法[中國專利200810113597]、外延生長法[中國專利200780005630]等。其中化學剝離法有產量高、條件容易控制等優點，是目前用得最廣泛的一種方法。化學剝離法的關鍵在于尋找合適的還原劑，目前所用的還原劑主要有水合肼、對苯二胺等，然而這些無機還原劑雖然能有效的將氧化石墨還原，但是其巨大的毒性大大限制了推廣和應用，同時獲得的石墨烯也不能在水等溶劑中穩定分散。為了尋找更加有效又綠色的還原劑，Jiali?Zhang等人用抗壞血酸作還原劑制備出石墨烯[JialiZhang?et?al.，Chem.Commun.，2010，46，1112-1114]，但是其制備的石墨烯團聚嚴重，將限制石墨烯本身優越的特性，隨后Chengzhou?Zhu等人用葡萄糖還原制備出石墨烯[Chengzhou?Zhu?et?al.，ACS?Nano，2010，4(4)，2429]，由于葡萄糖的還原性較差，制備的石墨烯含氧量較高。因此尋找有效而綠色的還原劑，是化學剝離法制備石墨烯的又一重要趨勢。同時隨著生物醫學技術的發展，人們對生物相容性材料的需求越來越多，例如生物骨移植材料、腎透析膜、心臟起搏器等都要求具有和人體組織器官很高相容性的生物材料。利用氨基酸等生物相容性的還原劑制備出來的石墨烯具有良好的生物相容性，而石墨烯眾多優異的機械性能和物理性能對生物醫學材料的發展具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺點，提出一種通過含巰基類氨基酸及其衍生物制備單層石墨烯的方法，利用巰基的還原作用制備出可在水中穩定分散的單層石墨烯，表現出很好的生物相容性，其作為超級電容器電極材料性能優越。

本發明制備工藝步驟順序如下：

(1)通過Hummer法制備氧化石墨；

(2)將氧化石墨放入水中超聲分散，形成均勻分散、質量濃度為0.25g/L～1g/L的氧化石墨烯溶液，再向所述的氧化石墨烯溶液中滴加質量濃度為28％的氨水；

(3)將還原劑溶于水中，形成質量濃度為0.25g/L～2g/L的水溶液，其中所述的還原劑為谷胱甘肽和半胱氨酸中的一種；

(4)將步驟(2)配制的氧化石墨烯溶液和步驟(3)配制的還原劑水溶液混合均勻，將所得混合溶液置于油浴條件下攪拌，反應完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。

上述步驟(2)中所述的氨水用量為使氧化石墨烯溶液PH值調整至3.0～11.0。

上述步驟(4)中所述的氧化石墨和還原劑的質量比為100∶1～1∶100。

上述步驟(4)中油浴溫度為25℃～120℃，攪拌時間為1～48小時。

附圖說明

圖1是本發明實施例1石墨烯透射電鏡照片；

圖2是本發明實施例1石墨烯原子力顯微鏡照片。

具體實施方式

實施例1

(1)取1g天然石墨、1g硝酸鈉、46mL濃硫酸，將其混合均勻置于冰浴(0℃)條件下攪拌4小時，然后向反應物中慢慢加入6g高錳酸鉀，在室溫(25℃)下繼續攪拌2小時，將98mL水慢慢加入反應物中，然后將反應物轉移到98℃水浴中攪拌15分鐘，加入200mL50℃的溫水和20mL雙氧水，趁熱用鹽酸離心(8000轉/分鐘)洗滌一次，水離心(8000轉/分鐘)洗滌三次，最后將亮黃色的沉淀物烘干得到氧化石墨。

(2)將0.1g氧化石墨放入100mL水中超聲分散，形成均勻分散、質量濃度為1g/L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質量濃度為28％的氨水，使PH值調整至10.0；

(3)將0.1g谷胱甘肽溶于50mL水中，形成質量濃度為2g/L的水溶液；