[發明專利]一種球磨制備功能化石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201610351496.6
• 申請日: 2016-05-25
• 公開（公告）號: CN107445148B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 耿建新;侯文鵬;黃勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19
• 代理公司: 11257 北京正理專利代理有限公司
• 代理人: 張文祎;趙曉丹

本發明公開一種球磨制備功能化石墨烯的方法。所述方法以石墨、含苯胺基有機分子和亞硝酸異戊酯為原料，通過球磨的方法，制備得到有機分子共價修飾的石墨烯。本發明制備的功能化石墨烯方法具有以下優點：由石墨一步反應制備功能化石墨烯，過程簡單；可以選用不同的含苯胺基有機分子來實現石墨烯的表面功能化；不同有機分子與石墨烯之間通過共價鍵連接實現了石墨烯在不同體系(水、有機溶劑、基體材料)中的良好分散性；操作方法簡易，成本低，效率高，無污染，可以大規模制備。本發明采用一步法制備的功能化石墨烯具有良好的分散性，有利于其在溶劑中進行加工處理，在光電器件、新能源、新材料等領域有著廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及石墨烯制備領域。更具體地，涉及一種球磨制備功能化石墨烯的方法。

背景技術

石墨烯(Graphene)是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀結構的新一代碳材料。石墨烯特殊的結構，賦予了其優異的電學性能，突出的導熱性能，高的比表面積以及良好的力學性能，在復合材料、能源環境、生物醫學、微電子等諸多領域有潛在的應用前景。當石墨烯在2004年被發現以后，就引起了科學界的巨大興趣和廣泛關注，在短短幾年時間內已經成為物理學、化學、材料學等諸多學科的一個新興的研究熱點。

到目前為止，已經報道了多種石墨烯的制備方法，主要包括，透明膠帶剝離、在碳化硅表面外延生長、化學氣相沉積和溶液氧化還原法。雖然膠帶剝離法可以制備高質量的石墨烯，但是很難制備大量的石墨烯。碳化硅外延生長法，是指在高溫下加熱碳化硅單晶，使得碳化硅表面的硅原子被蒸發而脫離表面，剩下的碳原子通過自組形式重構，這樣就可以得到基于碳化硅襯底的石墨烯。但是該方法需要高溫，對生產條件要求嚴格，產率較低，所以限制了石墨烯的應用。化學氣相沉積法可以制備大面積的石墨烯薄膜，但是其制備過程非常復雜，大批量生產成本也很高。制備石墨烯最常用的是溶液氧化還原法，它是將石墨先經氧化得到氧化石墨，再通過溶液剝離得到氧化石墨烯，進一步還原制備得到高產量的氧化石墨烯的還原產物。由于石墨中碳層之間強的相互作用，溶液剝離需要用大量有毒的強氧化劑，而且后續的酸洗和水洗步驟，也費時費力，合成過程極其繁瑣復雜。因此，石墨烯的制備還存在著一些問題和不足。

同時，由于石墨烯的化學性質穩定，與其他介質的相互作用較弱，難溶于水及常用的有機溶劑，也很難分散，使其加工困難，這大大限制了其在很多領域中的應用。因此，表面功能化的石墨烯材料越來越受到重視，但是，石墨烯的功能化仍存在一些技術性難題，如功能化石墨烯的簡便有效和可控性好的制備方法；功能化石墨烯的大量低成本無污染的制備；功能化石墨烯的分散性；功能化石墨烯的導電性和可加工性等。如何解決這些問題對于制備功能化石墨烯至關重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備功能化石墨烯的方法。通過簡單的球磨，在實現石墨層層剝離的同時，還實現了其表面功能化，該方法操作簡單，制備效率高，整個過程綠色無污染。。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種球磨制備功能化石墨烯的方法，以石墨、含苯氨基有機分子和亞硝酸異戊酯為原料，通過球磨的方法，將石墨剝離得到石墨烯，并實現其表面功能化，制備得到有機分子共價修飾的石墨烯。

優選地，所述石墨為鱗片石墨、膨脹石墨、可膨脹石墨、塊狀石墨、無定形石墨、人造石墨、高取向石墨和熱解石墨中的一種或多種；

更優選地，所述石墨選自鱗片石墨、無定形石墨、人造石墨和膨脹石墨中的一種或多種。

優選地，所述含苯胺基有機分子的結構式如式(1)、式(2)或者式(3)所示

其中，R選自C1～C20的直鏈或支鏈烷基、烷氧基、烷硝基、烷氨基，烷酯基，烷酮基、苯基、取代苯基、苯氧基、苯酮基中的一種；

或者選自C0～C20的直鏈或支鏈的鹵代烴(氟、氯、溴、碘)、羥基、羧基中的一種；