[發(fā)明專利]一種采用多金屬氧簇復(fù)合物制備石墨烯分散液的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410264907.9
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104016337A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王珊;李昊龍;吳立新
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 張景林;王恩遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工與材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用多金屬氧簇復(fù)合物作為穩(wěn)定劑制備石墨烯低極性溶劑分散液的方法，所制備的石墨烯分散液中石墨烯以單片形式存在，且可以穩(wěn)定一個(gè)月以上，所得的石墨烯復(fù)合材料有望應(yīng)用于催化以及傳感等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯是一種新型的二維納米碳材料，它是由sp²雜化的碳原子以六邊形排列形成周期性蜂窩狀結(jié)構(gòu)的單層原子晶體，厚度僅為0.35nm，是已知的最薄的二維材料，并具有許多優(yōu)異的性質(zhì)(K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov,Science,2004,306,666；A.K.Geim,K.S.Novoselov,Nat.Mater.,2007,6,183)。鑒于石墨烯的眾多優(yōu)異性質(zhì)，許多石墨烯復(fù)合材料被相繼開發(fā)，并在高性能納米電子器件、傳感器、儲能、催化以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。目前通常采用還原的氧化石墨烯作為原料來大批量制備石墨烯復(fù)合材料，因此石墨烯的分散與功能化成為關(guān)鍵問題。

石墨烯層與層之間存在很強(qiáng)的吸附作用，使其極易團(tuán)聚，只能分散在強(qiáng)極性溶劑中，如水，N-甲基吡咯烷酮，二甲基甲酰胺等(D.R.Dreyer,S.Park,C.W.Bielawski,R.S.Ruo,Chem.Soc.Rev.,2010,39,228)，而在低極性溶劑中無法分散，如氯仿、甲苯等。分散性的問題限制了石墨烯在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。通常來講，需要在石墨烯上修飾穩(wěn)定劑才能使其分散在低極性溶劑中。例如，研究者們在石墨烯片上通過共價(jià)鍵修飾烷基鏈或聚合物鏈來提高其在低極性溶劑中的分散性(S.Niyogi,E.Bekyarova,M.E.Itkis,J.L.McWilliams,M.A.Hamon,R.C.Haddon,J.Am.Chem.Soc.,2006,128,7720；Y.Zhu,A.L.Higginbotham,J.M.Tour,Chem.Mater.,2009,21,5284；Y.S.Ye,Y.N.Chen,J.S.Wang,J.Rick,Y.J.Huang,F.C.Chang,B.J.Hwang,Chem.Mater.,2012,24,2987)。但是，共價(jià)修飾通常涉及復(fù)雜的有機(jī)反應(yīng)，不易于操作，隨后，研究者們又發(fā)展了相對簡單的非共價(jià)修飾方法，例如基于離子鍵(Y.Liang,D.Wu,X.Feng,K.Müllen,Adv.Mater.,2009,21,1679；S.Yin,Y.Zhang,J.Kong,C.Zou,C.M.Li,X.Lu,J.Ma,F.Y.C.Boey,X.Chen,ACS?Nano,2011,5,3831)，π-π相互作用(F.Li,Y.Bao,J.Chai,Q.Zhang,D.Han,L.Niu,Langmuir,2010,26,12314)，疏水作用(T.Wei,G.Luo,Z.Fan,C.Zheng,J.Yan,C.Yao,W.Li,C.Zhang,Carbon,2009,47,2290)等。然而，目前采用的穩(wěn)定劑均屬于有機(jī)或聚合物分子，不包含無機(jī)組分，因此制備無機(jī)功能化的石墨烯同時(shí)又使其分散在低極性溶劑中仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

多金屬氧簇是一類由過渡金屬原子通過氧配位橋連接而成的單分子無機(jī)簇合物，具有豐富的化學(xué)組成和多樣的骨架結(jié)構(gòu)，并在催化、光、電、磁功能材料等方面展現(xiàn)出優(yōu)異的性質(zhì)(M.T.Pope,A.Müller,Angew.Chem.,Int.Ed.Engl.,1991,30,34；Special?issue?on?polyoxometalates,Chem.Rev.,1998,98,1；D.L.Long,R.Tsunashima,L.Cronin,Angew.Chem.,Int.Ed.,2010,49,1736)。近期研究表明，多金屬氧簇與石墨烯之間有很強(qiáng)的吸附作用(H.Li,S.Pang,X.Feng,K.Müllen，C.Bubeck,Chem.Commun.,2010,46,6243；D.Zhou,B.Han,Adv.Funct.Mater.,2010,20,2717；R.Liu,S.Li,X.Yu,G.Zhang,S.Zhang,J.Yao,B.Keita,L.Nadjo,L.Zhi,Small,2012,8,1398)。從原理上講，這種吸附作用可以作為一種新的驅(qū)動力來分散石墨烯。但是，目前文獻(xiàn)中未檢索到采用多金屬氧簇在低極性溶劑中分散石墨烯的相關(guān)報(bào)道。因此，開發(fā)一類基于多金屬氧簇的穩(wěn)定劑來分散石墨烯的方法極具創(chuàng)新性和實(shí)用價(jià)值。