[發明專利]一種還原氧化石墨烯并制備導電納米復合材料的方法

無效

• 申請號: 201210054379.5
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN102602915A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 于中振;馬慧玲;李文娟;張好斌
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;H01B13/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域：

本發明顯著提高了氧化石墨烯的電導率，為還原氧化石墨烯提供了簡便且有效的還原途徑，還原得到的石墨烯是一種廉價且電導率優異的新型導電填料。本發明的導電且熱穩定的聚苯乙烯復合材料可應用于汽車、電子、家電設施等大量需要導電納米復合材料的領域。

背景技術

石墨烯是由碳原子以sp²雜化連接的單原子層構成的二維蜂窩狀的六角晶格的平面薄膜，是目前最理想的二維納米材料。自從被報道以來，由于其具有獨特性能，正在被用于提高材料的導電、導熱、阻燃和力學等性能，引起了人們的極大興趣，已經作為一種納米填料被應用于很多聚合物當中。

鑒于石墨烯極好的導電、導熱及其他方面優異的性能，國際上已有越來越多的學者參與到石墨烯的合成及制備當中，目前，常用的石墨烯的制備方法有微機械剝離、化學沉積法和取向附生，但是，這些方法的主要障礙就是放大生產。氧化石墨烯(簡寫GO)被證明是通過超聲剝離及化學還原制備石墨烯的極佳的前軀體，也有很多人開始通過從氧化石墨出發來制備石墨烯。例如：中國專利ZL201110122237.3公開了以毒性較低的丙酮肟、乙醛肟或者甲乙基酮肟為還原劑，在pH為6～14的GO水溶液中還原GO制備得到石墨烯。中國專利ZL201010587400.9中公開了一種利用連二亞硫酸鈉和氫氧化鈉配成的還原劑溶液來還原GO的方法。除此之外，Ruoff等人用水合肼還原了超聲剝離后的GO(Stankovich，S.；Dikin，D.A.；Piner，R.D.；Kohlhaas，K.A.；Kleinhammes，A.；Jia，Y.；Wu，Y.；Nguyen，S.T.；Ruoff，R.S.Carbon?2007，45(7)，1558-1565.)，由于不飽和及共軛的碳原子的形成，還原后的GO的電導率有了改進，但是在對其還原之前先對其進行表面功能化對于防止還原后的GO片層的堆積和改進它們在聚合物中的分散仍然很有必要。考慮到這一點，Kang等人用多巴胺還原GO，同時用聚合了的多巴胺來包覆，從而提供一個共價接枝功能化的聚合物束的活性平臺(Xu，L.Q.；Yang，W.J.；Neoh，K.G.；Kang，E.T.；Fu，G.D.Macromolecules?2010，43(20)，8336-8339.)。因此，尋找有效的還原并對GO表面進行功能化的綠色、高效且無毒的還原方法成為研究的熱點。

在我們的前期工作中已經發現十八烷基胺(ODA)能夠在不加入其他任何還原劑時通過簡單的回流就可以實現對GO的同時表面功能化及還原，在被還原之后氧化石墨烯-十八烷基胺(GO-ODA)的電導率可以達到1.2×10^-4S/m，相對于GO的電導率提高了三個數量級。與ODA相比，對苯二胺(簡寫PPD)因為其兩端均有胺基，在還原和功能化GO方面效果更佳，而且，PPD中的苯環與聚苯乙烯(簡寫PS)基體相容性更好，更有利于提高PS的電導率。

發明內容：

本發明提供了一種同時功能化并還原GO以及制備導電并且熱穩定的PS納米復合材料的方法。其特點是用PPD代替常用的有毒的還原劑(如水合肼等)對GO進行還原，同時不需要引入其他的表面修飾劑，即能將GO轉變為親油物質，更有利于在PS基體中的分散，得到的納米復合材料具有良好的導電性和熱穩定性。

本發明是由以下技術措施實現，其中所述原料份數除特殊說明外，均為體積分數。

本發明所提供的還原氧化石墨烯是按照下述步驟制備得到的：

一種還原氧化石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步驟：

A：將氧化石墨通過超聲波處理器剝離分散在去離子水中形成溶液，溶液濃度為0.5～2mg/ml，隨后加入質量10倍于氧化石墨的對苯二胺和氨水溶液，最后形成的堿性溶液中氨水濃度為3μl/ml；混合物在90～100℃下機械攪拌回流0.25～3h；

B：將得到的產物過濾，濾渣淋洗在乙醇中，并超聲后再重新過濾，淋洗-過濾過程重復數次，以除去物理吸附的對苯二胺；

C：上述過濾得到的產物80℃干燥24小時得到氧化石墨烯-對苯二胺。

為了體現出氨水在整個反應中的作用，本發明還做了不加氨水情況下的實驗進行對比。以下提到的GO-PPD如果不是特別指出不加氨水情況下的，則均為加過氨水的樣品。

本發明的還原氧化石墨烯的方法與現有的制備方法相比，具有如下優點：

A：本發明未涉及有毒的化學試劑，避免了環境危害及人身威脅，因而安全性強；