[發明專利]改性三維石墨烯及其制備方法和聚合物復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810101844.3
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN110105625A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 唐功慶;解希銘;王麗麗;王麗靜;趙青松
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: C08K9/04
• 分類號: C08K9/04;C08K3/04;C08L75/04;C08L71/00;C08L63/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇;李婉婉

1.一種改性三維石墨烯，其特征在于，所述改性三維石墨烯上連接有由改性劑提供的改性基團，所述改性劑為芳香二胺類化合物。

2.根據權利要求1所述的改性三維石墨烯，其中，以所述改性三維石墨烯的總重量為基準，由所述改性劑提供的改性基團的含量為20-50重量％，優選為30-45重量％；

優選地，所述芳香二胺類化合物由式R₁HN-L₁-R-L₂-NHR₁所表示，其中，R選自取代的或未取代的芳香基團，L₁和L₂各自獨立地選自C0-C3的亞烷基，R₁各自獨立地為H、C1-C4的烷基和苯基中的一種或多種；

優選地，所述芳香二胺類化合物為對苯二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、1,5-萘二胺和N,N’-二苯基聯苯二胺中的一種或多種。

3.根據權利要求1或2所述的改性三維石墨烯，其中，所述改性三維石墨烯的密度為3-10mg/cm³，優選為3-6mg/cm³；孔隙率為80-99％，優選為90-99％，更優選為92-96％。

4.一種改性三維石墨烯的制備方法，其特征在于，該方法包括：

(1)將改性劑與氧化石墨烯溶液混合，而后引入還原劑并調節反應體系的pH至堿性，得到堿性溶液；所述改性劑為芳香二胺類化合物；

(2)將步驟(1)的堿性溶液進行保溫處理，以制得石墨烯水凝膠；

(3)將所述石墨烯水凝膠中未反應的改性劑除去后，進行冷凍干燥處理，由此獲得改性三維石墨烯，該改性三維石墨烯上連接有由改性劑提供的改性基團。

5.根據權利要求4所述的方法，其中，步驟(1)中，所述改性劑的用量使得所得的改性三維石墨烯上由改性劑提供的改性基團的含量為20-50重量％，優選為30-45重量％。

6.根據權利要求4所述的方法，其中，步驟(1)中，所述改性劑和氧化石墨烯的重量比為100-1200：100，優選為200-1000：100，更優選為250-800：100，更進一步優選為280-600：100。

7.根據權利要求4-6中任意一項所述的方法，其中，所述芳香二胺類化合物由式R₁HN-L₁-R-L₂-NHR₁所表示，其中，R選自取代的或未取代的芳香基團，L₁和L₂各自獨立地選自C0-C3的亞烷基，R₁各自獨立地為H、C1-C4的烷基和苯基中的一種或多種；

優選地，所述芳香二胺類化合物為對苯二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、1,5-萘二胺和N,N’-二苯基聯苯二胺中的一種或多種。

8.根據權利要求4-7中任意一項所述的方法，其中，所述氧化石墨烯溶液的濃度為0.5-20mg/mL，優選為1-15mg/mL，更優選為3-10mg/mL；

優選地，所述還原劑為水合肼、葡萄糖、多巴胺和氨水中的一種或多種；

優選地，所述還原劑和氧化石墨烯的重量比為2-30：100，優選為5-20：100；

優選地，步驟(1)中，調節反應體系的pH至10-13。

9.根據權利要求4-8中任意一項所述的方法，其中，步驟(2)中，所述保溫處理的條件包括：溫度為70-180℃，時間為2-10h；

優選地，所述保溫處理的條件包括：溫度為70-100℃，時間為3-8h。

10.根據權利要求4-9中任意一項所述的方法，其中，步驟(3)中，所述冷凍干燥處理使得改性三維石墨烯的密度為3-10mg/cm³，優選為3-6mg/cm³；孔隙率為80-99％，優選為90-99％，更優選為92-96％。