[發明專利]甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯及其制備方法

在審

• 申請號: 201510824731.2
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN105293478A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 李光吉;陳志鋒;王立瑩;黃瑞冰;張子勛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

1.一種甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯，其特征在于，其結構式為：

其中，R₁為氫原子或含1～6個碳原子的烷基；R₂和R₃為氫原子、烷基或芳基；R₄為含1～4個碳原子的直鏈烷基；N⁺為氮正離子，是陽離子中心；A^—為陰離子中心，所述陰離子A為SO₃^—或COO^—；L₁是陽離子中心與乙烯基之間的分子鏈，為n為1～20的整數；L₂是陽離子中心與陰離子中心之間的分子鏈，為n為1～20的整數。

2.權利要求1所述甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯的制備方法，其特征包括以下步驟：

(1)巰基化氧化石墨烯的制備：將氧化石墨超聲分散在醇類溶劑中，調節其pH值至酸性，得到氧化石墨烯分散液；將含巰基的硅烷偶聯劑緩慢滴入氧化石墨烯分散液中，在30～100℃下反應6～48小時，得到巰基化氧化石墨烯；所述的含巰基的硅烷偶聯劑為γ‐巰丙基三甲氧基硅烷、γ‐巰丙基三乙氧基硅烷、γ‐巰丙基甲基二甲氧基硅烷、γ‐巰丙基甲基二乙氧基硅烷、β‐巰乙基三甲氧基硅烷、β‐巰乙基甲基二甲氧基硅烷、β‐巰乙基甲基二乙氧基硅烷中的一種或多種；

(2)甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯的制備：將所制得的巰基化氧化石墨烯和乙烯類羧酸或磺酸甜菜堿型兩性離子化合物在醇類溶劑存在的條件下，通過巰基‐烯點擊反應，在紫外光下照射0.5～10小時，得到的粗產物用醇類溶劑洗滌，以除去未反應的硅烷偶聯劑、甜菜堿型兩性離子化合物及其它副產物；經干燥處理即得到甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯；

所述的乙烯類羧酸或磺酸甜菜堿型兩性離子化合物的結構通式為：

其中，R₁為氫原子或含1～6個碳原子的烷基；R₂和R₃為氫原子、烷基或芳基；N⁺為氮正離子，是陽離子中心；A^—為陰離子中心，陰離子為SO₃^—或COO^—；L₁是陽離子中心與乙烯基之間的分子鏈，為n為1～20的整數；L₂是陽離子中心與陰離子中心之間的分子鏈，為n為1～20的整數。

3.根據權利要求2所述的甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨通過改進的Hummers方法氧化制得：將石墨和高錳酸鉀按質量比1:3～1:10混合均勻，在冰浴條件下，邊攪拌邊滴加濃硫酸和磷酸混合物，再升溫至40～80℃，反應8～24小時；待反應體系恢復至室溫，將所得混合物倒入0℃的冰水中，并滴加過氧化氫溶液至混合物呈金黃色且不再有氣泡冒出；所得產物經稀鹽酸、去離子水洗滌、離心，直到上層清液呈中性為止；除去上層清液，將離心得到的產物烘干，得到氧化石墨；

所述的石墨為致密結晶狀石墨、鱗片石墨、膨脹石墨和預氧化石墨中的一種或多種。

4.根據專利要求3所述的甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯的制備方法，其特征在于，所述濃硫酸和磷酸的體積比為6:1～12:1；所述過氧化氫溶液的質量濃度為20～40％。

5.根據專利要求2所述的甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的醇類溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、正庚醇、環己醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇和季戊四醇中的一種或多種。

6.根據專利要求2所述的甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯與含巰基的硅烷偶聯劑的質量比為1:1～1:20；含巰基的硅烷偶聯劑和乙烯類甜菜堿型兩性離子化合物的摩爾比為1:0.2～1:1.5。

7.根據專利要求2所述的甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的pH值為2.0～6.0。

8.根據專利要求2所述的甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的紫外光的波長小于400nm。

9.根據專利要求2所述的甜菜堿型兩性離子化合物修飾的氧化石墨烯的制備方法，其特征在于，所述的乙烯類甜菜堿型兩性離子化合物為N,N‐二甲基(甲基丙烯酰氧乙基)銨基丙磺酸內鹽、N,N‐二甲基‐N‐甲基丙烯酰胺基丙基‐N‐丙烷磺酸內鹽、N,N‐二甲基‐N‐丙烯酰胺基丙基‐N‐丙烷磺酸內鹽、N,N‐二甲基(丙烯酰氧乙基)銨基丙磺酸內鹽、N,N‐二甲基‐N‐甲基丙烯酰胺基乙基‐N‐丙烷磺酸內、N,N‐二甲基‐N‐甲基丙烯酰胺基丙基‐N‐乙酸內鹽、N,N‐二甲基‐N‐丙烯酰胺基丙基‐N‐乙酸內鹽、N,N‐二甲基‐N‐甲基丙烯酰氧乙基‐N‐乙酸內鹽、N,N‐二甲基‐N‐丙烯酰氧乙基‐N‐乙酸內鹽、N,N‐二甲基‐N‐甲基丙烯酰氧乙基‐N‐丙酸內鹽等中的一種或多種。