[發明專利]一種位阻胺類光穩定劑選擇性還原氧化石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201110191111.1
• 申請日: 2011-07-08
• 公開（公告）號: CN102328926A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 黃維;解令海;趙飛;艾偉;劉舉慶;儀明東;張廣維
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;B82Y40/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明屬于納米材料化學科技領域。具體涉及一種室溫下紫外光引發位阻胺類光穩定劑催化法制備無羧基可溶性石墨烯材料的技術，在石墨烯基光電材料、石墨烯基有機結構材料生產中有著誘人的應用價值。

背景技術

石墨烯及其衍生材料在很多領域有著的廣泛應用，諸如有機光電材料、碳基半導體材料、有機光電功能器件的電極材料，活性層材料等。當前，最常用的石墨烯材料制備方法是化學氣相沉積法(CVD)和化學氧化剝離法(Chemical?Exfoliation)。化學氣相沉積法可以制備出高質量、大面積的石墨烯，具備規模化制備高質量石墨烯的潛力。但是理想的基片材料單晶鎳的價格太昂貴，而且該方法制得的原子厚度的石墨烯不能完全從石墨本體上剝離，成本高昂，工藝復雜使石墨烯CVD法工業化生產受到了極大地限制。

目前，化學剝離法(氧化-還原法)以其成本低廉，操作簡易及可規模化生產等優勢被廣泛的應用于石墨烯材料的制備。化學剝離法是指將天然石墨與強酸和強氧化性物質反應生成氧化石墨(GO)，經過超聲分散制備成氧化石墨烯(單層氧化石墨)，加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團，如羧基、環氧基和羥基，得到石墨烯。其氧化過程可以制備穩定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯不易分散的問題。還原氧化石墨烯的主要方法有二甲肼、對苯二酚、硼氫化鈉和液肼等還原試劑，以除去氧化石墨烯的含氧基團，從而得到石墨烯。但是還原效果差(含氧官能團數量多)、安全隱患大(肼劇毒)以及可控性差(隨機祛除含氧官能團)等因素制約了其進一步發展。高溫熱退火具有還原效果好(含氧量低，與石墨具有可比性)、污染少、效率高等優點，是高質量還原石墨烯的理想方法之一。但是，高溫還原石墨烯材料需要結構主體耐高溫，這極大地限制了基于石墨烯的共混材料的制備，特別是石墨烯基有機/高分子共混材料的制備。所以，開發兼具高效性、選擇性、無毒、無污以及價格低的氧化石墨烯還原方法是一個急需解決的問題。

發明內容

技術問題：本發明的主要目的在于提出一種位阻胺類光穩定劑選擇性還原氧化石墨烯材料的制備方法。該方法具有高效性、選擇性、無毒、無污、操作簡單以及成本低的優點。它在石墨烯基光電材料、石墨烯基有機結構材料生產中有著誘人的應用價值。

技術方案：本發明的位阻胺類光穩定劑選擇性還原氧化石墨烯材料的制備方法是該還原過程是在紫外光的輻射下，用小分子位阻胺類光穩定劑對氧化石墨烯片層上的官能團進行的選擇性催化還原；具體過程包括：在紫外光源的照射下，通過向氧化石墨烯的溶液中加入小分子位阻胺催化劑，然后在20～100℃的溫度范圍內持續攪拌，直至溶液的顏色不再發生改變，然后通過萃取的辦法，去除溶液中的小分子位阻胺催化劑，最后通過干燥得到可再分散的還原石墨烯粉體。

所述的氧化石墨烯溶液，其溶劑是水、乙醇或甲醇。

所述的小分子位阻胺類光穩定劑的主體結構為2，2，6，6-四甲基哌啶。

所述的主體結構為2，2，6，6-四甲基哌啶包括：2，2，6，6-四甲基哌啶-4-酮、2，2，6，6-四甲基哌啶-4-醇或4-氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶位阻胺類光穩定劑小分子。

所述的紫外光源的波長為200-400nm，功率介于20～230W之間，功率密度介于600mW/cm²～3800mW/cm²之間，于開放的空氣氣氛中，持續照射時間約為0.1～5小時。

紫外光照射氧化石墨烯溶液的同時，對溶液進行恒溫水浴處理，保護處理方式選擇電子恒溫水浴槽與干式金屬恒溫槽中的一種，控制溫度在20-100℃范圍，攪拌速度介于30～300轉/分之間。

去除溶液中的小分子位阻胺催化劑的方法為：首先將還原后的混合溶液轉移至大量洗滌溶劑中，然后用梨形漏斗移取分層液體，或高速離心提取底部沉淀物，多次重復直至洗滌清液的紫外-可見吸收光譜中無催化劑響應信號。

所述的干燥過程是微熱、真空干燥或冷凍干燥三種方式中的任意一種，其中：微熱干燥溫度應介于30℃～50℃之間；真空干燥溫度應低于30℃，相對真空度低于-0.01MPa；冷凍干燥溫度介于0～-50℃，相對真空度低于-0.015MPa。