[發(fā)明專利]一種氧化石墨烯微球的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210310685.0
• 申請(qǐng)日: 2012-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN102815697A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋玉婷;楊海軍;陳仕謀;張雪花;張鎖江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04;B82Y30/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)材料領(lǐng)域，具體涉及一種氧化石墨烯納米微球的制備方法。

背景技術(shù)

目前，碳納米材料一直是科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。從1985年發(fā)現(xiàn)零維的富勒烯，再到1991年發(fā)現(xiàn)一維的碳納米管，興起了碳納米材料研究的熱潮。2004年,Manchester大學(xué)的Geim小組首次利用機(jī)械剝離法獲得了單層的新型二維原子石墨烯。石墨烯的發(fā)現(xiàn),進(jìn)一步豐富了碳材料領(lǐng)域的研究。石墨烯是由碳原子以sp²雜化連接的單原子層構(gòu)成的,其基本結(jié)構(gòu)單元為六個(gè)碳原子構(gòu)成的六元環(huán),其理論厚度僅為0.35nm,是目前所發(fā)現(xiàn)的最薄的二維材料。與其它碳材料相比，石墨烯具有更優(yōu)異的性質(zhì)。例如，良好的導(dǎo)電性、超大的比表面積、穩(wěn)定化學(xué)性和可進(jìn)一步加工性等，使其成為具有廣泛應(yīng)用前景的一種新材料。

氧化石墨烯是制備石墨烯的一個(gè)重要的前驅(qū)體，其表面具有一定量的羧基和羥基官能團(tuán)，導(dǎo)致氧化石墨烯片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，從而表現(xiàn)出與石墨烯迥異的結(jié)構(gòu)和性能。氧化石墨烯片層的表面結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有著十分重要的影響，現(xiàn)有技術(shù)中所制備的氧化石墨烯絕大部分都是平層（flat?sheet）結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著的缺陷在于，無法使氧化石墨烯片層具備較高的比表面積，從而阻礙了其在微電子、復(fù)合材料、催化、儲(chǔ)氫等領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。表面褶皺的（crumpled）氧化石墨烯，其表面的褶皺可以阻止氧化石墨烯片層之間相互疊合，從而使其具有更高的比表面積，便于氧化石墨烯在催化和儲(chǔ)氫等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。因此，如何使氧化石墨烯片層形成更多的褶皺，成為當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。目前，使氧化石墨烯片層形成更多褶皺的一種較好的方法是在800℃下將含有氧化石墨烯或氧化石墨烯和其它材料的混合物的微小氣溶膠快速蒸發(fā)，從而得到高褶皺的石墨烯片層結(jié)構(gòu)（Jiaxing?Huang等，ACS?NANO,2011,Vol.5,No.11,p8943-8949）。但是這種方法需要很高的溫度，能耗較高，與此同時(shí)，該方法無法控制所制備氧化石墨烯的具體結(jié)構(gòu)，不利于進(jìn)一步獲得更大規(guī)模的可控有序結(jié)構(gòu)。因此，如何控制氧化石墨烯片層在不損失表面積的前提下形成預(yù)期的結(jié)構(gòu)，至今是現(xiàn)有技術(shù)中亟待解決的問題。

提高氧化石墨烯比表面積的另一種有效途徑是調(diào)控其自組裝行為，阻止氧化石墨烯片層之間疊合，使原本易于形成層狀堆疊的單層石墨烯碎片無序堆積，形成球狀或者更復(fù)雜的多面體結(jié)構(gòu)。理論上來說，由氧化石墨烯片層交錯(cuò)堆積形成的熱力學(xué)上穩(wěn)定的球體將具備更大的孔體積、孔隙率和比表面積。有望在生物醫(yī)藥、催化、萃取分離、儲(chǔ)能等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)石墨烯的有效利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種操作簡(jiǎn)單、成本低廉、生產(chǎn)效率較高的氧化石墨烯微球的制備方法。

本發(fā)明的方法能夠控制所制備氧化石墨烯的形貌，從而得到具有微球結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯。本發(fā)明的方法具體包括以下步驟：

(1)提供一表面疏水的固體基底；

(2)將所述固體基底置于玻璃容器的底部，隨后向該玻璃容器中加入混合有機(jī)溶劑，使混合有機(jī)溶劑完全浸沒表面疏水的固體基底，所述混合有機(jī)溶劑為與水不互溶的有機(jī)溶劑選自甲苯、乙酸乙酯和液態(tài)烷烴中的一種和乙醇所形成的

(3)然后用微量注射器吸取氧化石墨烯的水溶液，并向玻璃容器的混合有機(jī)溶劑中注入一滴氧化石墨烯的水溶液；

(4)將玻璃容器密封，在20-60℃的溫度條件下，使氧化石墨烯液滴中的水分不斷向混合有機(jī)溶劑中溶解擴(kuò)散；

(5)經(jīng)過20-120分鐘，待氧化石墨烯液滴中的水分完全溶解擴(kuò)散到有機(jī)相中后，即得到氧化石墨烯微球。

按照上述的制備方法，其中步驟(1)中所述表面疏水的固體基底選自石墨基底和聚四氟乙烯基底中的一種，或通過用十八烷基三氯硅烷(OTS)對(duì)硅基底或玻璃基底進(jìn)行疏水修飾而得到。

按照上述的制備方法，其中步驟(2)中的玻璃容器為玻璃瓶，容積在10-30ml之間。

按照上述的制備方法，其中步驟(2)中的混合有機(jī)溶劑中，與水不互溶的有機(jī)溶劑的體積分?jǐn)?shù)為88%-99%，乙醇的體積分?jǐn)?shù)為1%-12%。

按照上述的制備方法，其中步驟(3)中的氧化石墨烯溶液濃度為0.05-20.0mg/ml，液滴體積為0.1-1.0μl。

按照上述的制備方法，其中步驟(3)中的氧化石墨烯溶液優(yōu)通過以下方式獲得：通過對(duì)鱗片石墨，高定向熱解石墨或集結(jié)石墨進(jìn)行氧化插層得到氧化石墨，隨后加入去離子水并進(jìn)行超聲剝離處理以得到氧化石墨烯溶液。