[發明專利]一種富勒烯/石墨烯逐層組裝復合膜的制備方法

在審

• 申請號: 201910353602.8
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110015657A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 苗中正;張立云;苗中明
• 申請（專利權）人: 鹽城師范學院
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;C01B32/154
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種富勒烯/石墨烯逐層組裝復合膜的制備方法。首先，制備單面選擇性氧化石墨烯材料，在氣液界面自組裝制備單層石墨烯薄膜；然后，利用羧基化富勒烯加熱回流反應制得酰氯化富勒烯；其次，在冰浴條件下制備富勒烯/石墨烯單層復合膜；最后，采用乙二胺交聯石墨烯片層邊緣的羧基，通過硅片或玻璃片將薄膜轉移到平整界面，反復多次，可逐層組裝富勒烯與石墨烯交替排列的復合膜。本發明所述方法以可控方式構筑了富勒烯/石墨烯逐層組裝復合膜，在分子水平上精確確定富勒烯?石墨烯材料復合材料的化學結構，可廣泛應用在催化、器件、核磁共振造影、藥品、面膜、化妝品添加劑和等諸多領域，其精確的結構有利于器件性能的提升。

技術領域

本發明涉及納米復合薄膜制備領域，尤其是一種富勒烯/石墨烯復合膜的制備方法。

背景技術

富勒烯是由碳原子形成的一系列籠形單質分子的總稱，具有優越的光、電、磁的性質。例如，富勒烯可以與自由基反應，是理想的自由基清除劑和抗氧化劑；將富勒烯作為新型功能基團引入高分子體系，可得到具有優異導電、光學性質的新型功能材料；富勒烯的三維空間結構和眾多的雙鍵為富勒烯化學的發展提供了廣闊的空間，富勒烯隱含了許多有待發現的新反應；富勒烯已廣泛地影響到機械學、電子學、光學、磁學、化學、醫學、材料科學和生物工程學等各個領域，同時在催化工程、磁性材料、醫學和生物工程、精細化工、微型半導體器件及傳感器方面顯示出巨大的應用前景。

石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料，已引起了全世界的關注。石墨烯與富勒醇復合不僅可以實現物理/化學性質的調控，而且還可以誘導復合材料產生新的性質，從而顯著擴展材料的功能和應用。然而，在富勒烯-石墨烯材料復合領域中仍然存在相當大的挑戰。首先，迄今為止報道的大多數富勒烯-石墨烯納米材料的復合是通過兩種成分簡單混合的非共價方式合成，而只有有限的報道涉及成功構建富勒烯-石墨烯材料的共價復合材料。另一個懸而未決的問題是如何在分子水平上精確確定富勒烯-石墨烯材料復合材料的化學結構。

發明內容

本發明提供一種富勒烯/石墨烯逐層組裝復合膜的制備方法。首先，制備單面選擇性氧化石墨烯材料，一面具備含氧基團，一面沒有含氧基團，即一面親水，一面憎水，在氣液界面自組裝制備單層石墨烯薄膜；然后，往羧基化富勒烯溶液中注入亞硫酰氯，加熱回流反應制得酰氯化富勒烯；其次，往單層石墨烯薄膜水溶液底部注入氫氧化鈉水溶液調節pH值，注入酰氯化富勒烯水溶液，冰浴條件下制備富勒烯/石墨烯單層復合膜；最后，采用乙二胺交聯石墨烯片層邊緣的羧基，形成更為牢固互聯的薄膜，通過硅片或玻璃片將薄膜轉移到平整界面，反復多次，可逐層組裝富勒烯與石墨烯交替排列的復合膜。

本發明采用如下技術方案：

一種富勒烯/石墨烯逐層組裝復合膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)運用熔融鹽法將無水三氯化鐵與石墨混合加熱制備二階石墨插層化合物，采用氧化劑和濃酸對二階石墨烯插層化合物進行氧化插層，加入過量雙氧水剝離碳層，得到單面選擇性氧化石墨烯材料；

(2)將單面選擇性氧化石墨烯材料放入水中攪拌，利用其特有的疏水親水性差異，疏水面向上接觸空氣，親水面在下接觸溶液，單面選擇性氧化石墨烯材料分散在氣液界面，自組裝成單層石墨烯薄膜；

(3)往羧基化富勒烯溶液中注入亞硫酰氯，加熱回流反應制得酰氯化富勒烯；

(4)往溶液底部注入氫氧化鈉水溶液調節pH值，再注入酰氯化富勒烯水溶液，冰浴條件下制備富勒烯/石墨烯單層復合膜；

(5)采用乙二胺交聯石墨烯片層邊緣的羧基，形成更為牢固互聯的薄膜，通過硅片或玻璃片將薄膜轉移到平整界面，反復多次，可逐層組裝富勒烯與石墨烯交替排列的復合膜。

步驟(1)中的熔鹽法反應溫度為400℃，反應時間為4-6小時，無水三氯化鐵與石墨質量比為5∶1。