[發明專利]一種硅氫加成法改性石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201210234077.6
• 申請日: 2012-07-08
• 公開（公告）號: CN102730674A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 顏紅俠;馬雷;賈園;馮逸晨
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域：

本發明涉及一種納米技術領域的方法，具體說是一種硅氫加成法改性石墨烯的方法。

背景技術：

石墨烯自2004年被發現以來，由于其主要性能指標均與碳納米管相當甚至更好，并且避免了碳納米管研究和應用中難以逾越的手性控制、金屬型和半導體型分離以及催化劑雜質等難題，并且價格低廉，具有廣泛的重要的應用價值。但是，由于石墨烯是由不含任何不穩定鍵的苯六元環組合而成的二維晶體，化學穩定性高，其表面呈惰性狀態，與其他介質的相互作用較弱，并且石墨烯片與片之間有較強的范德華力，容易產生聚集，從而使其分散效果較差。

目前，為了提高石墨烯的分散性，研究人員進行了卓有成效的工作。目前研究的比較多的功能化的方法是非共價鍵功能化和共價鍵功能化。非共價鍵功能化主要是通過π-π相互作用、離子鍵以及氫鍵等非共價鍵作用對石墨烯進行表面功能化。然而，由于石墨烯和改性修飾基團間的非共價鍵作用力相對較弱，加入到樹脂基體中形成的界面結合強度有限。因此，通過共價鍵作用對石墨烯進行改性是目前研究最為廣泛的功能化方法。研究發現，采用不同的有機小分子對石墨烯進行功能化，可以獲得具有水溶性或有機可溶的石墨烯，或賦予其新的功能。例如，利用十八胺、卟啉以及芳基重氮鹽改性石墨烯，都使石墨烯在有機溶劑中的分散性大大提高。另外，通過特定的有機小分子修飾還可使石墨烯具備良好的電性能、熱性能以及儲氫等功能。

除了此之外，線性聚合物也可以用來對石墨烯進行共價鍵修飾和功能化。例如通過氧化石墨烯表面的環氧基團與多聚賴氨酸的氨基反應可制備具有生物相容性的多聚賴氨酸修飾的石墨烯；通過氧化石墨烯表面的羧基和聚乙烯醇的羥基反應可制備聚乙烯醇修飾的石墨烯；在引發劑過氧化二苯甲酰作用下可獲得聚苯乙烯-聚丙烯酰胺嵌段共聚物改性的石墨烯；通過嫁接技術利用原子轉移硝基氧自由基偶合化學反應可制備在有機溶劑和水中均有很好分散性的石墨烯。利用不同分子量的聚乙二醇、聚苯乙烯、十六烷酸和各種氨基酸對氧化石墨烯功能化，制備了聚合物接枝的2D分子刷和固定了氨基酸的納米片，且產物在溶劑中的分散性良好。但目前尚未見到用超支化聚合修飾石墨烯的報道。

超支化聚硅氧烷具有低粘度、高流變性、良好的溶解性，為提高石墨烯的分散性提供了有利條件，特別是其分子末端存在Si-Cl、Si-H、Si-OH、Si-NH₂等活性基團，易于根據不同的需要進行分子設計。因此，本發明利用硅氫加成法將超支化聚硅氧烷引入石墨烯表面，這樣，不僅可提高石墨烯的分散性，而且可賦予石墨烯新的功能，如良好的生物相容性和紫外光固化性等，具有廣泛的應用。

發明內容

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種硅氫加成法改性石墨烯的方法。

一種硅氫加成法改性石墨烯的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將氧化石墨和烯丙基乙氧基硅烷按質量比1：1～10混合，加入100～1000mL95％乙醇，調節pH值為3～6，用超聲波分散1～4h，然后在40℃～80℃反應2～6h；之后加入10～80mL水合肼及20～80mL氨水，在50℃～100℃進行還原，反應2～6h后，抽濾，洗滌，真空干燥12h，得到烯丙基硅烷接枝的石墨烯；

步驟2：烯丙基硅烷接枝的石墨烯與甲基雙（二甲基乙烯基硅氧基）硅烷按照1：1～500質量比例混合，加入0.1～4％Pt/C催化劑，在氮氣保護條件下于30℃～80℃下反應1～10小時后，抽濾，用乙醇洗滌，即得硅氫加成法改性石墨烯。

本發明相對于現有技術，其優點為：

本發明以結構簡單、易于合成的甲基雙（二甲基乙烯基硅氧基）硅烷作為超支化聚硅氧烷單體，成本較低，接枝方法簡單。特別是，在硅氫加成反應中采用了催化劑，反應條件溫和，反應速率加快，產率增高，在反應的過程中采用了氮氣保護，避免了空氣的中氧氣和不飽和雙鍵的反應，降低了副產物的產生。所修飾的產物保證了石墨烯表面具有一定量的活性雙鍵，不僅可提高石墨烯的分散性，而且可賦予石墨烯新的功能，如良好的生物相容性以及紫外光固化性等，具有廣泛的應用。

附圖說明：

圖1為硅氫加成法改性石墨烯工藝流程圖；

圖2為烯丙基硅烷修飾石墨烯的紅外光譜圖；

圖3為超支化聚硅氧烷修飾石墨烯的紅外光譜圖。

具體實施方式

現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述：