[發明專利]一種改性石墨烯及其制備方法

有效

• 申請號: 201611101699.6
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106829942B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 張金柱;劉頂;鄭應福;王鵬輝;韓東
• 申請（專利權）人: 濟南圣泉集團股份有限公司
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194;C01B32/198
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 王闖

本發明提供了一種改性石墨烯及其制備方法。方法為：將石墨烯類物質在TEMPO催化氧化體系的作用下，進行催化氧化反應，直至反應體系的pH恒定或加入醇類物質終止反應，洗滌干燥即得；所述石墨烯類物質選自石墨烯、氧化石墨烯、生物質石墨烯中的一種或多種，優選氧化石墨烯和/或生物質石墨烯；優選地，所述催化氧化反應的pH控制在2?13之間，優選3.5?6之間或9.5?11.5之間。本發明解決了石墨烯表面惰性及自團聚的問題。

技術領域

本發明涉及化工技術領域，尤其是涉及一種改性石墨烯及其制備方法。

背景技術

石墨烯是繼碳納米管后發現的又一種新型碳納米材料。自從2004年發現以來，石墨烯一直是人們的研究熱點，它由單層碳原子通過sp²雜化軌道形成的六元環蜂窩網狀結構組成，具有優良的機械、電學、熱學和光學特性，在電池材料、儲能材料、電子器件、復合材料等領域具有廣泛的應用前景。

然而，在復合材料中應用時如何保持石墨烯在聚合物基體中的有效分散是一個亟待解決的難題。由于石墨烯材料表面呈惰性狀態，化學穩定性高，與其他介質的相互作用較弱，并且石墨片間有較強的范德華力作用而容易發生聚集。石墨烯在極性溶劑中較差的分散性限制了其在電子材料、復合材料等領域的實際應用。因此，石墨烯的高效分散是石墨烯應用過程的重要技術。

目前，石墨烯通常采用直接加入分散劑的方法進行分散，采用的分散劑如十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮等，分散效果并不理想，分散的石墨烯穩定性也較差，并影響其性能。并且，就算分散到溶劑中，如果想要得到分散性較好的石墨烯，其溶液固含要低于1％，這給運輸帶來了很大的麻煩。在使用過程中，也不一定直接使用石墨烯的分散液，有時還需要將溶劑去除，所以如何制備一種分散性好、運輸方便的石墨烯粉體材料是目前急需解決的重要難題。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改性石墨烯的制備方法，所述的制備方法解決了石墨烯表面惰性及自團聚的問題。

為了解決以上技術問題，本發明提供了以下技術方案：

一種改性石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

將石墨烯類物質在TEMPO催化氧化體系的作用下，進行催化氧化反應，直至反應體系的pH恒定或加入醇類物質終止反應，洗滌干燥即得；優選地，所述催化氧化反應的pH控制在2-13之間，優選3.5-6之間或9.5-11.5之間。

所述石墨烯類物質選自石墨烯、氧化石墨烯、生物質石墨烯中的一種或多種，優選氧化石墨烯和/或生物質石墨烯。

由于粉體石墨烯類物質粒徑很小，容易導致團聚現象，而本發明一方面通過TEMPO體系可以插入團聚體中使其發生溶脹，使團聚體相互分開，有利于趨向分散，若再加外力研磨或者震蕩更有利于其分散開；另一方面由于石墨烯類物質中可能含有一定量的羥基或者以其他基團存在的氧元素，尤其是氧化石墨烯或者生物質石墨烯，通過TEMPO催化氧化體系將石墨烯類物質上面的含氧官能團(尤其是羥基)氧化，使得石墨烯類物質之間相互撐開，并且進一步的將已團聚的石墨烯層分散開，進而逐步氧化，這樣一方面提高石墨烯物質表面的化學活性，另一方面提高了石墨烯類物質在大部分溶劑(水、醇、酮)中的分散度。

本發明在進行催化氧化反應前，石墨烯類物質與TEMPO催化氧化體系的混合方式也很重要，混合方式可以是將粉體石墨烯類物質與TEMPO催化氧化體系直接混合，然而這種混合方式對于催化體系氧化石墨烯類物質效果不是很好，不利于團聚體的分散和化學反應，較好的方式可以是先將石墨烯類物質制成漿液，再與催化氧化體系反應。

混合的主要方式包括：先將TEMPO和/或其衍生物與鹵化物配成水溶液，然后將石墨烯類物質緩慢加入；或先將石墨烯類物質配置成水溶液，然后加入TEMPO和/或其衍生物和鹵化物。

優選地，所述醇類物質為乙醇。