石墨烯-卟啉类有机物纳米材料及其制备方法技术

一种石墨烯‑卟啉类有机物纳米材料及其制备方法。制备方法包括：将氧化石墨烯水体分散液、卟啉类有机物和强碱混合后加热。其中，氧化石墨烯水体分散液、卟啉类有机物以及强碱的混合溶液的pH值为9.5‑11。该方法没有新添加任何表面活性剂、稳定剂和还原剂，减少了添加的毒性试剂对纳米材料本身性能的影响，同时降低引入其他杂质官能团的可能性。该材料具有良好的电化学性能。

Graphene porphyrin organic nano material and preparation method thereof

A graphene porphyrin organic nano material and preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: heating the graphite oxide water dispersion liquid, the porphyrin organic compound and the strong base to heat up. Among them, the graphene oxide water dispersion, porphyrin organic matter and alkali solution mixed with pH value of 9.5 11. The method does not add any surfactant, stabilizer and reducing agent, and reduces the influence of the toxic reagent on the performance of the nano material itself, and reduces the possibility of introducing other impurity functional groups. The material has good electrochemical performance.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯-卟啉类有机物纳米材料及其制备方法
本专利技术涉及石墨烯复合材料领域，且特别涉及一种石墨烯-卟啉类有机物纳米材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种单原子厚度的二维的石墨碳纳米片层结构。由于其庞大的比表面积和非凡的导电性性能，石墨烯在生物医学方面和能源应用方面展现了非常巨大的潜力。通过大量的科研努力，有机大分子功能化到石墨烯材料上的技术被逐渐发现，该方法是通过有机大分子的侧链通过化学反应，键合到石墨烯表面，形成稳定的纳米复合材料。该纳米复合材料有非常优异的电化学性能，比如能够增强的电子转移、增强与电极表面的静电相互作用、优秀的电化学催化作用、仿生催化性能以及制备方法简单等。然而，这类材料都是通过还原氧化石墨烯的方法制备而来，还原工程中许多有毒试剂参与其中比如肼、硼氢化钠等，而且这些方法容易引入许多其他的官能团，严重影响了材料本来的性能特征，所以发展一种无毒不引入其他官能团的制备方法急需被探究并研发。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法，其不需要外加任何表面活性剂、稳定剂和还原剂的情况下，只需使用强碱以及加热便可快速合成石墨烯-卟啉类有机物纳米复合材料。本专利技术的另一目的在于提供一种石墨烯-卟啉类有机物纳米材料，该纳米材料结构稳定，其内部空腔未被占据能够良好的与金属离子络合，具有良好的电化学性能。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：本专利技术提出一种石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法包括：将氧化石墨烯水体分散液、卟啉类有机物和强碱混合后加热。其中，氧化石墨烯水体分散液、卟啉类有机物以及强碱的混合溶液的pH值为9.5-11。本专利技术提出一种石墨烯-卟啉类有机物纳米材料，其通过上述制备方法制备得到。本专利技术石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法的有益效果是：该制备方法在制备石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的过程中没有新添加任何表面活性剂、稳定剂和还原剂，而仅通过对原料的配比、溶液的酸碱度、反应温度和反应时间的探索和研究即可快速合成石墨烯-原卟啉纳米复合材料。减少了添加的毒性试剂对纳米材料本身性能的影响，同时降低引入其他杂质官能团的可能性。而制备得到的纳米材料具有多个空腔，可与金属离子络合，能够快速、灵敏的对金属离子进行检测。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例1制备得到的石墨烯-原卟啉纳米材料的紫外吸收光谱图；图2为本专利技术实施例1制备得到的石墨烯-原卟啉纳米材料的透射电镜图；图3为本专利技术实施例1制备得到的石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的透射电镜图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面对本专利技术实施例的石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法以及石墨烯-卟啉类有机物纳米材料进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法，以重量份计：S1、制备氧化石墨烯水体分散液；S1.1、将13-16浓硫酸、3-5份石墨、1.5-3份硝酸钠与13-16份高锰酸钾混合并加热得到第一混合溶液；通过大量的实验证明采用上述比例的浓硫酸、高锰酸钾、硝酸钠以及石墨，浓硫酸和高锰酸钾能够有效的氧化膨胀石墨生产氧化石墨烯。若是浓硫酸、高锰酸钾和膨胀石墨添加的比例低于或高于该比例则不能得到性能良好的氧化石墨烯。进一步地，在0-4℃温度下将石墨和硝酸钠加入到浓硫酸中后，再缓慢加入高锰酸钾，同时，控制混合时混合溶液的温度不超过20℃。首先，添加硝酸钠是因为浓硫酸对石墨的氧化性不足，不能够完全甚至不能氧化石墨，而加入硝酸钠后硝酸根离子与浓硫酸的氢离子，形成硝酸。硝酸与浓硫酸形成混合酸，其氧化性更强，利于石墨氧化生成氧化石墨烯。石墨、硝酸钠和浓硫酸混合后再缓慢的加入高猛酸钾。由于石墨为具有网层结构的物质，因此，此步骤的实质为硫酸分子、高锰酸钾在上述记载的温度下进入是石墨层进行插层，而后续的反应则在插层之间进行。该温度范围内硫酸根插层充分，利于后续氧化反应的进行。这也解释了为什么后添加高锰酸钾，且添加高锰酸钾的速率缓慢。根据化学反应动力学可知，将高锰酸钾加入到浓硫酸中，反应液中浓硫酸含量高，从而加入的高锰酸钾能够立刻进入石墨层间，为后续氧化反应提供必要条件。而若是将浓硫酸加入到高锰酸钾中，反应液中高锰酸钾含量高，则是形成高锰酸钾的酸性溶液，其不能够及时进入石墨层间进行反应生成七氧化二锰，进而影响氧化石墨烯的生成。进一步地，低温混合结束后，将上述四种物质的混合物进行第一次加热升温至30-40℃并保温20-30分钟。此操作的是使得氧化剂与石墨反应的到氧化石墨烯，具体的为插层内的硫酸根与高锰酸钾反应得到氧化性更强的七氧化二锰，七氧化二锰进行深度氧化石墨得到氧化石墨烯。进一步地，再加入200-250份蒸馏水稀释后，升温至90-100℃，并保温10-15分钟。此步骤主要是层间化合物的水解反应，从而获得层间距更大的氧化石墨烯。此时，氧化剂与石墨的氧化反应已结束，水解是将层间的化合物脱离到反应液中，使得氧化石墨烯的层间未有离子或分子占据，为后续卟啉类有机物进入层间提供必要的空间。加入蒸馏水稀释，是为了进一步地提升氧化石墨烯的膨胀，进一步地扩大氧化石墨烯的层间距。需要说明的是，本专利技术实施例所说的混合，采用的为现有的电动机械搅拌。S1.2、将第一混合溶液加入198-245份双氧水直至第一混合溶液变为金黄色；浓硫酸与水混合时会发出大量的热，若将水加入到浓硫酸中，由于水的密度小于浓硫酸，水位于浓硫酸溶液上层，此时，放出的大量的热，将会容易使水溅出，进而伤到实验者。因此，需要将第一混合溶液加入到双氧水中，其中双氧水的质量百分比3％。加入双氧水是为了去除剩余的硫酸和高锰酸钾，同时双氧水和硫酸、高锰酸钾反应生成气体，进一步将氧化石墨烯的分子孔隙撑大，便于后期氧化石墨烯还原所得石墨烯与卟啉类有机物反应得到纳米材料。第一混合溶液的颜色变为金黄色表明高锰酸钾已被去除完全。采用上述比例的双氧水能够恰好将高锰酸钾去除，而不会添加多余的双氧水，破坏氧化石墨烯的结构，影响其性能。S1.3、将第一混合溶液与双氧水反应结束得到的第二混合溶液静置24-36小时后进行固液分离；第一混合溶液与双氧水反应结束得到了纯的单一的氧化石墨烯，氧化石墨烯为固体，能够沉降到第二混合溶液的底部，而第二混合溶液内含有的则是其余的杂质。因此，采用静置，使得氧化石墨烯全部沉降到第二混合溶液底部，便于后期固液分离去除上清液得到氧化石墨烯。S1.4、氧化石墨烯中加入2-4份稀盐酸、800-1200份去离子水混合后离心并调pH，pH值的范围为5.5-6.5；固液分离得到的氧化石墨烯表面以及其孔隙内可能残留有锰离子，加入稀盐酸可以去除锰离子，进一步纯化氧化石墨烯。而采用上述比例的稀盐酸能够将氧化石墨烯内残留的锰离子全部去除，其不会引入新的杂质，也不会影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯‑卟啉类有机物纳米材料的制备方法，其特征在于，包括：将氧化石墨烯水体分散液、卟啉类有机物和强碱混合后加热，其中，所述氧化石墨烯水体分散液、所述卟啉类有机物以及所述强碱的混合溶液的pH值为9.5‑11。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法，其特征在于，包括：将氧化石墨烯水体分散液、卟啉类有机物和强碱混合后加热，其中，所述氧化石墨烯水体分散液、所述卟啉类有机物以及所述强碱的混合溶液的pH值为9.5-11。2.根据权利要求1所述的石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水体分散液与所述卟啉类有机物混合时所述氧化石墨烯水体分散液中氧化石墨烯与所述卟啉类有机物的质量比为1-1.2:1。3.根据权利要求2所述的石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水体分散液与所述卟啉类有机物混合时利用超声进行混合。4.根据权利要求1所述的石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述强碱为有机强碱或无机强碱，所述无机强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述有机强碱为醇钠或醇钾。5.根据权利要求1所述的石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述卟啉类有机物为原卟啉、卟啉、四苯基卟啉或血卟啉中任意一种。6.根据权利要求1所述的石墨烯-卟啉类有机物纳米材料的制备方法，其特征在于，加热所述氧化石墨烯水体分散液、所述卟啉类有机物以及所述强碱的所述混合溶液是在温度为9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，范大和，孔粉英，谷长捷，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32