[發(fā)明專利]一種基于超臨界二氧化碳和芘基聚合物制備石墨烯溶液的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110354756.2
• 申請(qǐng)日: 2011-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN102502607A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許群;鄭曉莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超臨界二氧化碳和芘基聚合物制備石墨烯溶液的方法。

背景技術(shù)

石墨烯是繼富勒烯和碳納米管之后的又一新型納米碳材料，是目前最理想的二維納米材料。石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)使其在力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)等方面具有優(yōu)異的性能，在電子、信息、能源、材料和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景。然而，要制備有用的石墨烯基材料必須實(shí)現(xiàn)石墨烯的大規(guī)模制備。近幾年來，人們已經(jīng)在石墨烯的制備方面取得了一定的進(jìn)展，發(fā)展了機(jī)械剝離（Novoselov,?K.?S.?et?al.?Science?2004,?306,?666）、晶體外延生長(Berger,?C.?et?al.?J?Phys?Chem?B?2004,?108,?19912)、化學(xué)氧化(Li,?D.?et?al.?Nature?Nanotech.?2008,?3,?101–105)、化學(xué)氣相沉積（Reina,?A.?et?al.?Nano?Lett.?2009,?9,?30）和有機(jī)合成(Choucair,?M.?et?al.?Nature?Nanotech.?2009,?4,?30)等五種制備方法。在石墨烯的研究和應(yīng)用中，為了充分發(fā)揮其優(yōu)良性質(zhì)，并改善其成型加工性(如分散性和溶解性等)，必須對(duì)石墨烯進(jìn)行功能化。但是，探索一種制備和功能化石墨烯為一體的有效方法到目前為止仍然是個(gè)挑戰(zhàn)。

超臨界流體在它的臨界壓力和臨界溫度以上呈現(xiàn)氣體的低粘度和高擴(kuò)散性,又具有液體的高密度和溶劑性，同時(shí)還具有溶劑可調(diào)性、低表面張力、表面潤濕性和高擴(kuò)散系數(shù)等特性。其中超臨界二氧化碳由于其不燃、無毒、便宜和環(huán)境友好等特性被廣泛研究。到目前為止，已有研究者利用超臨界流體的特性來插層和剝離緊密堆砌的層狀材料如硅酸鹽和石墨（Serhatkulu,?G.?K.?et?al.?J.?Supercrit.?Fluids?2006,?39,?264;?Pu,?N.?W.?et?al.?Materials?Letters?2009,?63,?1987?;?Rangappa,?D.?et?al.?Chem.?Eur.?J.?2010,?16,?6488?;?Wu,?B.?et?al.?J?Colloid?Interface?Sci.2011,?361,?1.）。然而超臨界流體特性的有限應(yīng)用僅僅獲得薄的石墨片而并非大規(guī)模的石墨烯片層。

有許多報(bào)道指出芘基小分子和芘基聚合物可以通過芘基和碳納米管之間的π-π相互作用來非共價(jià)鍵修飾碳納米管，從而實(shí)現(xiàn)碳納米管的功能化和穩(wěn)定分散（Chen,?R.?J.?et?al.?J.?Am.?Chem.?Soc.?2001,?123,?3838;?Guldi,?D.?M.?et?al.?Angew.?Chem.,?Int.?Ed.?2004,?43,?5526;?Liu,?J.?et?al.?New?J.?Chem.?2009,?33,?1017.）。這種π-π相互作用可使碳納米管表面帶有大量官能團(tuán)，且不破壞石墨片層的表面結(jié)構(gòu)，可以賦予碳納米管新的性質(zhì)，使其在聚合物復(fù)合材料、光電功能材料與器件以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。但到目前，尚未有關(guān)利用超臨界二氧化碳和芘基聚合物特性實(shí)現(xiàn)石墨烯制備和功能化一體化的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種基于超臨界二氧化碳和芘基聚合物制備石墨烯溶液的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于超臨界二氧化碳和芘基聚合物制備石墨烯溶液的方法：將10~20mg的石墨和15.4~30.8mg的芘基聚合物分散于5~10ml的二甲基亞砜中，然后將所得的石墨和芘基聚合物懸浮液置于超臨界二氧化碳反應(yīng)裝置中，在40~45℃、12~16MPa下攪拌反應(yīng)3~6h后卸壓，將所得反應(yīng)液分離除去上層清液，用溶劑反復(fù)洗滌沉淀物除去未反應(yīng)的芘基聚合物之后，再重新分散在同種溶劑中，最后除去未經(jīng)剝離的石墨，得到石墨烯溶液。?