[發(fā)明專利]一種改性石墨烯和其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610298441.3
• 申請(qǐng)日: 2016-05-06
• 公開（公告）號(hào): CN105752978B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣小松;劉晚霞;宋庭豐;李峰;邵甄胰;朱德貴;朱旻昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/194
• 分類號(hào): C01B32/194
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 王蕓

本發(fā)明公開了一種改性石墨烯產(chǎn)品，它是由蘆丁改性石墨烯得到。本發(fā)明還公開了一種石墨烯的表面修飾方法，該修飾方法是將經(jīng)等離子體處理的石墨烯加入到蘆丁水溶液中，分散均勻，靜置，過濾，取濾渣進(jìn)行真空干燥，得到經(jīng)表面修飾的石墨烯。本發(fā)明的改性石墨烯分散性好，雜質(zhì)含量低。同時(shí)本發(fā)明方法不會(huì)對(duì)石墨烯造成化學(xué)損傷，保持了石墨烯的完整性，且不產(chǎn)生廢水、廢酸等污染物，工藝簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)容易控制，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯的表面修飾方法。

背景技術(shù)

理想的石墨烯(CNFs)結(jié)構(gòu)是平面六邊形點(diǎn)陣，可以被看做是從三維石墨上剝離下來的一層分子層，每個(gè)碳原子均為sp²雜化，在與平面垂直的方向上貢獻(xiàn)剩余一個(gè)p軌道上的電子形成大π鍵，π電子可以自由移動(dòng)，賦予石墨烯良好的導(dǎo)電性；在石墨烯中，每個(gè)碳原子通過很強(qiáng)的σ鍵(自然界中最強(qiáng)的化學(xué)鍵)與其他3個(gè)碳原子相連接，這些很強(qiáng)的碳-碳鍵使得石墨烯片層具有極其優(yōu)異的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)剛性，其楊氏模量約為1TPa，強(qiáng)度約為130～180GPa。由于石墨烯具有上述優(yōu)異性能，使得其可用于汽車、機(jī)械、電子、軍事等領(lǐng)域的超級(jí)電容器制造，并可與各種金屬、非金屬及高分子材料復(fù)合組成綜合性能優(yōu)異的導(dǎo)電材料、高強(qiáng)度復(fù)合材料、屏蔽材料及隱身材料等。

但是由于石墨烯的納米級(jí)尺寸、大的比表面積，同時(shí)石墨烯分子間較強(qiáng)的范德華力作用，使得石墨烯容易以團(tuán)聚狀形態(tài)出現(xiàn)，由此導(dǎo)致石墨烯很難分散到各種溶劑中，嚴(yán)重影響了石墨烯的實(shí)際應(yīng)用，如何有效地分散石墨烯具有重要的意義。

石墨烯表面改性是提高其分散性的重要方法。通常采用對(duì)石墨烯進(jìn)行強(qiáng)酸預(yù)處理后，使其表面帶有羧基等官能團(tuán)，然后再進(jìn)行酰胺化、酯化等枝接反應(yīng)，從而提高石墨烯的分散性。但是采用強(qiáng)酸或者混酸處理對(duì)石墨烯具有一定的破壞作用，且常需要較高溫度和較長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)處理時(shí)容易產(chǎn)生污染性的氣體。

等離子體改性碳納米管和石墨烯的機(jī)理主要是通過等離子體轟擊碳納米管和石墨烯，在其表面直接嫁接官能團(tuán)，或者通過轟擊在碳納米管和石墨烯的表面產(chǎn)生活性位點(diǎn)，然后通過間接處理在其表面嫁接-OH、-COOH官能團(tuán)。Felten等使用O₂等離子體處理碳納米管，處理后法相其表面含氧量明顯增加。Wu等使用NH₃等離子處理碳納米管，處理后發(fā)現(xiàn)其表面嫁接上了氨基官能團(tuán)。魏芹芹使用O₂等離子體處理石墨烯，處理后在石墨烯表面引入了大量的缺陷，從而為進(jìn)一步修飾石墨烯提高了可能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯易團(tuán)聚且分散困難，而現(xiàn)有的修飾方法存在的損害石墨烯分子的不足，提供一種改性修飾的石墨烯產(chǎn)品，以及制備該石墨烯的表面修飾方法。本發(fā)明的改性石墨烯產(chǎn)品分散性好，雜技含量少，品質(zhì)優(yōu)良。本發(fā)明的修飾方法采用等離子體處理結(jié)合蘆丁水溶液浸泡對(duì)石墨烯進(jìn)行表面修飾，得到的改性石墨烯分散性好，雜質(zhì)含量低。同時(shí)本發(fā)明方法不會(huì)對(duì)石墨烯造成化學(xué)損傷，保持了石墨烯的完整性，且不產(chǎn)生廢水、廢酸等污染物，工藝簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)容易控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種改性石墨烯產(chǎn)品，它是由蘆丁改性石墨烯得到的。目前尚無關(guān)于蘆丁改性石墨烯的研究，本發(fā)明創(chuàng)新性的提出以蘆丁對(duì)石墨烯進(jìn)行改性，改性過程中蘆丁結(jié)合到平面結(jié)構(gòu)的石墨烯表面，使得石墨烯的表面能結(jié)合上一定活性、親水性官能團(tuán)，使得石墨烯具有更好的分散性。同時(shí)，結(jié)合上的蘆丁改變了石墨烯表面的面狀π鍵，使得層狀石墨烯分子之間的吸附結(jié)合作用降低，不再發(fā)生多層石墨烯分子范德華力作用緊密貼附在一起的問題。

進(jìn)一步，蘆丁改性石墨烯的方法是表面吸附。蘆丁分子通過表面吸附在石墨烯分子的表面，結(jié)合力好，改性后保留的活性官能團(tuán)多，具有優(yōu)異的理化性質(zhì)。