[發明專利]一種磁性石墨烯的化學制備方法

無效

• 申請號: 201210152898.5
• 申請日: 2012-05-17
• 公開（公告）號: CN102674476A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 李欣;范秀娟
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08;C01G31/04;B82Y30/00;B82Y40/00;H01F1/11
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及磁性石墨烯的制備方法。

背景技術

磁性材料是古老而應用廣泛的功能材料，磁性納米粒子制備改性的研究一直是科學家研究的熱點，廣泛的涉及到各個領域的應用，尤其在生物醫藥，生物傳感器，航天航空，電子信息等各個領域(Behrens.S，Nanoscale，2011，3，877-892)。小于20nm磁性納米粒子在室溫的狀態下具有超磁性，在外磁場的作用下產生磁相應，根據這些特性，磁性分離、磁性監測、核磁共振、藥物的靶向攜帶和釋放(Hou.Y.L，Sun.S.H，Adv.Mater，2010，22，2729-2742)。由于1-100nm的磁性納米粒子有較大的表面活性和磁之間的相互作用及其容易團聚，導致磁性納米粒子不容易分散，因而合成的磁性納米粒子后改性，使其得到穩定的和易分散的磁性納米粒子是當前研究的熱點。現在合成磁性納米粒子的方法很多，分別有水熱法、共沉淀法、乳液法等等。1981年，Massart首次將氯化鐵和氯化亞鐵的混和溶液滴入氨水中獲得四氧化三鐵顆粒，經過離心或磁性分離后分散在堿性或酸性水溶液中。Stroeve等將鐵鹽溶液滴入NaOH溶液中獲得四氧化三鐵顆粒，加入稀鹽酸溶液使之分散，獲得近透明的膠體溶液，Markovich等在80℃下用鐵鹽溶液和氨水的共沉淀法制備了Fe₃O₄和CoFe₂O₄納米顆粒，并加入油酸后轉移至甲苯溶液中，采用不良溶劑進行粒度篩選而獲得了粒徑均一的油溶性納米顆粒。共沉淀法制備鐵的氧化物顆粒是一種操作簡單，產量大的方法，也是最早發展起來的制備納米顆粒的方法之一。但在不額外加入表面活性劑或進行粒徑篩選的情況下，很難穩定存在或獲得粒度分布均一的顆粒，并且需要對反應條件如溫度、濃度、攪拌速度、滴加方式及反應時間進行嚴格的控制，才可獲得較純的產物。

石墨烯是本世紀科學界最為關注的材料熱點之一，自2004年英國曼徹斯特大學的Andre?Geim教授與Kostya?Novoselov首次采用膠帶剝離得到石墨烯(Graphene，GN)以來，2010年英國兩位化學家因此獲得諾貝爾物理獎，石墨烯成為繼富勒烯與碳納米管之后的又一個重大的發現(Science，2004，306，666-669)。石墨烯是一種二維的由六元環堆積而成的碳材料。每個碳原子均為sp²雜化，p軌道剩余的一個電子形成大的共軛體系及大的π軌道，并且電子可以在π軌道自由移動(Angew.Chem.，Int.Ed.，2009，48，7752-7777)。石墨烯具有良好的導電性、機械強度、催化性能、光學性能、吸附性能，另外石墨烯有良好的導熱性能和很高的透明度，目前石墨烯是是已知材料中最輕、強度最大的材料(C.Lee，X.Wei，J.W.Kysar?and?J.Hone，Science，2008，321，385-388；Y.Zhang，Y.-W.Tan，H.L.Stormer?and?P.Kim，Nature，2005，438，201-204)。由于這些物理性能，石墨烯被廣泛應用在各個領域，如：傳感器、醫藥工程、催化、能源(O.C.Compton?and?S.T.Nguyen，Small，2010，6，711-723.S.Park?and?R.S.Ruoff，Nat.Nanotechnol.，2009，4，217-224)。

將磁性納米粒子Fe₃O₄與石墨烯的優良特性結合在一起，形成磁性石墨烯，并把這一復合材料應用在生物醫學、生物傳感、電子信息、生物醫學影像、能源和航天領域，是近幾年科學界研究的熱點(Yan.Q.Y，J.Mater.Chem.，2011，21，3422-3427；Cao，M.H，Ren，L，J.Phys.Chem.C?2011，115，14469-14477)。

磁性石墨烯的合成，合成方法主要采用原位合成法和異位合成法。

原位合成是在氧化石墨烯的基礎上直接加入FeCl₃·6H₂O，并在加入還原劑水合肼或其他還原劑(醋酸鈉和聚乙二醇)，直接還原成磁性石墨烯(Cao，M.H，Ren，L，J.Phys.Chem.C2011，115，14469-14477；Zhu，Y.H，New?J.Chem.，2010，34，2950-2955)，此方法合成的磁性納米粒子的粒徑和磁性強度不可控，同時此方法多采用的高溫反應，還原的石墨烯的還原層度預先也不知道。

異位合成主要采用的有物理合成和化學合成兩種方法：