[發明專利]一種高溶解性多褶皺干態氧化石墨烯微球及其制備方法

有效

• 申請號: 201610056421.5
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105540573B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 高超;陳琛;孫海燕
• 申請（專利權）人: 浙江碳谷上希材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/198
• 分類號: C01B32/198
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明屬于石墨烯材料領域，涉及一種高溶解性多褶皺干態氧化石墨烯微球及其制備方法。

背景技術

作為一種新型的二維碳材料，石墨烯越來越受到世人的關注。由于其出眾的力學性能，電學性能，熱學性能和獨特的電磁學性能，石墨烯在許多領域顯示出廣闊的應用前景，并已逐步走向實際應用。通過化學氧化法制備氧化石墨烯是大規模制備石墨烯材料的最常用途徑。因其表面存在豐富的羧基，羥基，環氧基等極性官能團，氧化石墨烯在許多溶劑中能以單層形式分散，并可形成液晶織構，可被組裝成纖維、膜、氣凝膠等宏觀材料，再經過化學還原和熱還原的方法即可恢復其石墨烯的結構，成為性能優越的石墨烯材料。此外，氧化石墨烯因其獨特的化學結構在催化、分散助劑等領域有獨特的應用潛力，對其進行化學修飾能夠制備功能化的石墨烯，這些都進一步豐富并拓寬了石墨烯的應用前景。

然而，化學氧化法得到的氧化石墨烯是以水分散液的形式存在，其質量濃度一般低于2％，給運輸、儲存等環節帶來了額外的成本和不便。因此，制備干態的氧化石墨烯是實現氧化石墨烯商品化的必要環節。但是，現有干燥方法得到的干態氧化石墨烯的溶解性很差，體現在兩方面：一是本身分散性不好，在短時間內就會沉淀；二是以團聚形式分散，不能以單層形式存在。這兩點嚴重影響了氧化石墨烯本身的性能及其加工性，阻礙了其工業化和商品化。專利201010593157.1《一種制備石墨烯粉體的方法》利用先噴霧干燥后熱處理的方法得到石墨烯粉體，其中提到噴霧干燥得到的氧化石墨烯粉末可以均勻分散在水中，但是并沒有對其中氧化石墨烯是否以單層形式存在，以及分散的穩定性的問題進行闡述。該專利中噴霧干燥的進風溫度在150-250℃，而最近的研究表明在該溫度下噴霧干燥得到的氧化石墨烯粉末在水中不會形成單層結構(D.Parviz,M.J.Green,Small,2015,11,no.22)，說明這種氧化石墨烯粉末不能實現真分散為氧化石墨烯分散液。

綜上所述，制備可溶解的干態氧化石墨烯是實現石墨烯大規模應用的重要前提，但是現有技術得到的干態氧化石墨烯難以分散得到單層氧化石墨烯水分散液。

發明內容

本發明的目的是針對現有的技術不足，提供一種高溶解性多褶皺干態氧化石墨烯微球及其制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種高溶解性多褶皺干態氧化石墨烯微球，所述氧化石墨烯微球由尺寸為1～200μm的單層氧化石墨烯片皺褶而成，微球直徑為500nm～30μm，密度為0.08～0.2g/cm³，比表面積為10～2300m²/g，碳氧比為1.8～3。

一種高溶解性多褶皺干態氧化石墨烯微球的制備方法，包括以下步驟：

(1)用有機溶劑稀釋Hummers法制備得到的氧化石墨烯分散液；所述有機溶劑與氧化石墨烯分散液的質量比為1～50:1；所述有機溶劑在不影響氧化石墨烯分散性的同時至少滿足下列條件之一：1)比熱容低于水的比熱容，2)蒸發熱低于水的蒸發熱，3)能與水形成共沸體系；

(2)將步驟(1)稀釋后的分散液，通過霧化干燥的方法得到氧化石墨烯微球。

進一步地，步驟(1)中所述的有機溶劑為乙醇,乙醇與氧化石墨烯分散液的質量比為1～5:1。

進一步地，步驟(1)中所述的有機溶劑為甲醇,甲醇與氧化石墨烯分散液的質量比為1～5:1。

進一步地，步驟(1)中所述的有機溶劑為四氫呋喃,四氫呋喃與氧化石墨烯分散液的質量比為1～2:1。

進一步地，步驟(1)中所述的有機溶劑為二甲基甲酰胺,二甲基甲酰胺與氧化石墨烯分散液的質量比為2～50:1。

進一步地，步驟(1)中所述的有機溶劑為丙醇,丙醇與氧化石墨烯分散液的質量比為1～2:1。

進一步地，步驟(1)中所述的有機溶劑為異丙醇,異丙醇與氧化石墨烯分散液的質量比為1～2:1。

進一步地，步驟(1)中所述的有機溶劑為甲基乙基酮,甲基乙基酮與氧化石墨烯分散液的質量比為1～2:1。

進一步地，步驟(2)中所述的霧化干燥溫度為120～150℃。

本發明的有益效果在于：本發明通過向氧化石墨烯分散液中加入有機溶劑形成混合分散液，再霧化干燥的方法得到了高溶解性多褶皺干態氧化石墨烯微球。其在水和常見有機溶劑(常見有機溶劑包括二甲基甲酰胺，氮甲基吡咯烷酮，二甲亞砜，乙二醇等)中的溶解度為20-30mg/g，并且能以單層氧化石墨烯片的形式長期穩定分散(一個月以上不沉淀)。并且在被壓縮成高密度塊體后仍保持良好溶解性，有利于其運輸、儲存和使用。