[發明專利]一種氧化石墨烯自支撐超薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201510466000.5
• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN105110323A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: 安琪;黃滔;張以河
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 蔣常雪

技術領域

本發明涉及一種氧化石墨烯自支撐超薄膜的制備方法，屬于材料化學層層自組裝及制備技術領域。

背景技術

層層自組裝技術(Layer-by-LayerSelf-AssembledTechnique,LbL)，是超分子化學的一個重要分支，所謂層層自組裝技術就是一種多層膜的沉積技術，通過逐層交替沉積的方法，利用層與層之間的弱相互作用，如：靜電引力、氫鍵、配位鍵等，使層與層之間相互吸引自發的締合成結構完整且具有某些特定功能的超分子結構或分子聚集體。而且其制備方法簡單有效，在膜材料方面已被人們接受，該技術具有眾多優點，首先可以在非平面基底制備面積較大的多層膜，可以隨意調控膜材料的結構與組成，在這一點上是其他膜材料制備技術所無法實現的。因此，充分發揮層層自組裝技術在制備多層膜材料方面的優勢對于功能性膜材料的制備具有重要的意義。也可以利用層層自組裝技術，改變構筑基元的種類和多層膜沉積過程的先后順序，并結合一些其他手段來調控膜材料的化學組成與微觀結構，這樣可以制備出集多功能于一身的多層膜材料。

石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角形呈蜂巢晶格的單原子層平面薄膜，是一種新型二維無機納米材料，具有很好的化學穩定性，是電和熱的良導體，具有極高的機械強度，在電池電極、超級電容器、膜分離、薄膜器件等領域有著廣泛的應用前景。氧化石墨烯是石墨烯的一種重要的衍生物，它的結構與石墨烯大體相同，只是在一層碳原子構成的二維空間無限延伸的基面上連有羰基、羥基、羧基等的官能團，與石墨烯相比，氧化石墨烯有更加優異的性能，其不僅具有良好的潤濕性能和表面活性，而且能被小分子或者聚合物插層后剝離，在改善材料的熱學、電學、力學等綜合性能方面發揮著非常重要的作用。

有不少專家學者對氧化石墨烯的制備及應用進行了深入研究，其中氧化石墨烯復合材料的發展十分迅速，進一步拓展了氧化石墨烯的應用領域。

發明內容

本發明需要解決的技術問題就在于提供一種氧化石墨烯自支撐超薄膜的制備方法，以增加氧化石墨烯在光熱轉換，有機染料檢測、光熱轉換、過濾方面的應用。

本發明解決其技術問題的技術方案為：

本發明一種氧化石墨烯超薄膜的制備方法，所述方法為：利用層層自組裝的方法，首先將在濃硫酸/雙氧水混合溶液中洗干凈的石英片在聚丙烯胺鹽酸鹽PAH溶液中浸泡一段時間，然后用去離子水洗干凈，氮氣吹干，接著在氧化石墨烯分散液中浸泡相同時間，去離子水洗干凈，氮氣吹干，重復進行上述步驟，直到得到想要的層數，最外層為聚丙烯胺鹽酸鹽，然后在雙官能團的小分子光交聯劑4,4'-二疊氮二苯乙烯-2,2'-二磺酸鈉DAS浸泡，使其滲透到薄膜內部，通過紫外輻照引發層間和層內交聯，增強薄膜的穩定性，接著把石英片放入氫氧化鈉溶液中浸泡，破壞PAH與石英片基底之間的相互作用，使石英片上的薄膜發生脫落，然后把石英片放入水中，揭下石英片表面薄膜，即得到制備的氧化石墨烯自支撐超薄膜。

所述方法步驟為：

a將0.1-0.4mg/mL的氧化石墨烯超聲1-3小時，使其完全分散在去離子水中；

b將0.5-2mg/mL聚烯丙胺鹽酸鹽溶液用氫氧化鈉調節其pH值到9-10；

c將石英片放入體積比為(7:3-3:1)的濃硫酸：雙氧水溶液中洗滌30-60min，然后用去離子水洗去多余的硫酸；

d利用層層自組裝的方法，將石英片在聚丙烯胺鹽酸鹽溶液浸泡10-20min，然后在去離子水中清洗，用氮氣吹干；接著在氧化石墨烯溶液中浸泡10-20min，然后在去離子水中清洗2-3次，用氮氣吹干，上述過程重復進行，直到得到想要的層數，最外層為聚丙烯胺鹽酸鹽；

e4-6mg/mL雙官能團的小分子光交聯劑4,4'-二疊氮二苯乙烯-2,2'-二磺酸鈉DAS，用鹽酸調節其pH值到3.8-4.0；

f將d步驟中長好膜的石英片，浸入DAS溶液中，浸泡30-40min，然后在去離子水中清洗2-3次，用氮氣吹干；接著在功率為400W的高壓汞燈下紫外輻照5-15min；

g把經過f步驟處理過的石英片放入0.1-1mol/L的氫氧化鈉溶液中浸泡0.5-1h，然后把石英片放在水中，用鑷子將石英片表面的薄膜揭下，即制得產物。

本發明增加了氧化石墨烯在光熱轉換，有機染料檢測、光熱轉換、過濾方面的應用。