[發明專利]一種邊緣羥基化改性石墨烯及其制備方法

在審

• 申請號: 202110440808.1
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN112960670A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 張賀新;韓威;閆鑫;解翰林;吳俊杰;從冉;夏友誼;林鵬;高宏;宋志健
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 孫永剛

本發明公開了一種邊緣羥基化改性石墨烯技術，改性后的石墨烯邊緣具有豐富的羥基官能團，可以顯著改善石墨烯在極性溶劑中的分散性。本發明通過含硼?氫(B?H)鍵的有機化合物與石墨烯邊緣的活性雙鍵進行硼氫化?氧化反應，形成邊緣含羥基的石墨烯。本發明改性石墨烯的制備方法還具有工藝簡單，對設備無特殊要求，成本低、效率高，易于工業化生產等優點。

技術領域

本發明涉及石墨烯改性技術領域，具體涉及一種邊緣羥基化改性石墨烯及其制備方法。

背景技術

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。石墨烯具有理想的晶格結構和獨特的光學、電學、熱學和力學等性質，在電子器件、儲能器件、生物和化學傳感器及復合材料等領域有著廣泛的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

常見的石墨烯粉體的生產方法宏觀上可分為化學法和物理法。其中化學法主要是通過強酸強氧化劑對石墨進行氧化，隨后對其進行剝離制備氧化石墨烯，最后經過還原處理得到石墨烯。由于在強氧化過程中會嚴重破壞石墨烯片層的結構，雖然經過還原處理，石墨烯片層的電子共軛結構得到部分恢復，所得石墨烯材料的各項性能指標仍與高質量的石墨烯存在較大的差距。此外，石墨的氧化過程通常需要大量的強酸性氧化劑，如濃硫酸、濃硝酸、高錳酸鉀等，而且其還原過程中又需要進行高溫處理或使用水合肼、硼氫化鈉等有毒的化學物質，不僅能耗大，效率低，成本高而且污染環境。物理法制備的石墨烯工藝環境友好且成本低，產品缺陷少、導電導熱性優異、穩定性好、力學強度高，從可持續發展的角度考慮，物理法是制備石墨烯的最佳方法。然而，采用物理法制備得到的石墨烯無極性基團，與聚合物之間的相容性相對差，難以應用于諸如聚合物功能化等領域，且所得石墨烯片層的厚度也受到較大限制，難以制備得到較薄的石墨烯片層結構。因此，開發出一種相容性和導電性能優良，且方法簡單易行，成本低、效率高，污染小，易大規模實施的石墨烯制備工藝具有重要的意義。基于以上問題，目前改性石墨烯的制備已成為大量石墨烯研究者的研究熱點，但現有改性工藝通常會對石墨烯的原始結構造成破壞，從而導致其導電性大幅度降低。現有技術中有采用石墨和堿金屬固體在高能球磨機中連續球磨，在分散于水中的石墨烯上加以低頻高壓的脈沖電流,可得到羥基化石墨烯。但是使用高能球磨機需要長時間研磨，耗能較大。

發明內容

有鑒于此，本發明基于石墨烯邊緣具有大量的活性雙鍵，通過含硼-氫(B-H)鍵的有機化合物與石墨烯邊緣的活性雙鍵進行硼氫化-氧化反應，形成邊緣含羥基的石墨烯。本發明改性石墨烯的制備方法還具有工藝簡單，對設備無特殊要求，成本低、效率高，易于工業化生產等優點。

本發明的一種邊緣羥基化改性石墨烯的制備方法，其是采用改性劑與石墨烯進行改性反應，然后加入氧化劑進行氧化反應，后處理得到邊緣羥基化改性后的石墨烯。

上述所述的制備方法中，優選的所述改性劑為硼氫化合物，所述氧化劑為過氧化物。所述硼氫化合物包括但不限于硼烷、甲硼烷，乙硼烷，丁硼烷，戊硼烷，三甲胺合硼烷，二甲基胺硼烷，硼氫化四甲胺，N,N-二乙基苯胺硼烷，硼烷二甲硫醚絡合物，2-甲基吡啶硼烷，二乙基(3-吡啶)基硼烷，硼烷四氫呋喃絡合物，硼烷三苯基膦絡合物，硼烷吡啶絡合物等等。所述過氧化物包括但不限于雙氧水、過氧化苯甲酰、間氯過氧化苯甲酸等等。

上述所述的制備方法中，優選的，所述石墨烯與硼氫化合物重量比為100：1～1000，更優選為100：5-1000，最優選100：8-100。

上述所述的制備方法中，優選的所述后處理包括靜置、過濾、洗滌、干燥的步驟。

上述所述的制備方法中，優選的所述改性反應以及氧化反應溫度控制在40-300℃。

上述所述的制備方法中，優選的所述改性反應以及氧化反應過程中采用超聲分散。反應體系可以為無溶劑體系、水、有機溶劑。