一种氨基石墨烯的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种氨基石墨烯的制备方法及应用，将丙二腈直接接枝在氧化石墨烯表面，通过还原同时得到氨基和石墨烯，还原过程中有利于sp2杂化碳原子网状结构的恢复，从而提高氨基石墨烯材料的稳定性。本发明专利技术材料可以广泛用作各种催化剂载体和催化剂，也可应用于燃料电池和传感器等质子导电材料。本发明专利技术具有以下优点：1、制备方法新颖。操作简单；2、固体易于分离，可以直接过滤；3、还原过程中，氧化石墨烯和腈基同时得到还原，这种材料可以作为金属催化剂的载体。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种氨基石墨烯的制备方法及应用，将丙二腈直接接枝在氧化石墨烯表面，通过还原同时得到氨基和石墨烯，还原过程中有利于sp2杂化碳原子网状结构的恢复，从而提高氨基石墨烯材料的稳定性。本专利技术材料可以广泛用作各种催化剂载体和催化剂，也可应用于燃料电池和传感器等质子导电材料。本专利技术具有以下优点：1、制备方法新颖。操作简单；2、固体易于分离，可以直接过滤；3、还原过程中，氧化石墨烯和腈基同时得到还原，这种材料可以作为金属催化剂的载体。【专利说明】一种氨基石墨烯的制备方法及应用
本专利技术涉及有机催化无机合成
，尤其涉及一种氨基石墨烯的制备方法及 应用。
技术介绍
石墨烯是一种二维的网层状结构，具有独特的导电性能、机械性能、高比表面积和 热力学稳定性能，自从2004年发现以来一直受到了人们的广泛研究 。结构完整的石墨烯 晶体表面呈惰性状态，化学稳定性高，石墨烯片层之间具有很强的范德华力，并且与其他介 质的相互作用较弱，这就使得石墨烯难溶于水及常见有机溶剂且片层之间容易发生聚集， 限制了石墨烯的进一步研究和应用 。 功能化石墨烯具有比石墨烯更好的分散性能，因此在石墨烯复合材料领域具有更 好的应用前景，得到了国内外众多学者的广泛研究。目前，该材料在光电化学、纳米电子学 等领域的应用已经得到了广泛讨论 。另外，由于其大的比表面积和良好的导电性能，将其 作为催化剂载体材料也将会具有广阔的应用前景。但是，通过简单高效的方法来获得性能 优异的功能化石墨烯复合材料成了当前极具挑战的课题。 氨基基团是一种具有强配位能力的基团，能和多种金属配位形成金属络合物，这 些物种在有机催化中具有高的催化性能 。研究表明在石墨烯表面引入氨基基团能够增加 石墨烯的分散性，同时能够作为多种金属纳米粒子和金属离子的优良载体，并能有效防止 金属粒子在载体表面团聚 ，这在催化领域具有极其重要的应用价值。为此，本专利技术提出了 一种氨基石墨烯的制备方法，将丙二腈直接接枝在氧化石墨烯表面，通过还原同时得到氨 基和石墨烯，还原过程中有利于SP 2杂化碳原子网状结构的恢复，从而提高氨基石墨烯材料 的稳定性。本专利技术材料可以广泛用作各种催化剂载体和催化剂，也可应用于燃料电池和传 感器等质子导电材料。 C. L. Hua Bai, Gaoquan Shi, Functional composite materials based on chemically converted graphene, Adv. Mater. , 23(2011) 1089-1115. D. Luo, G. Zhang, J. Liu, X. Sun, Evaluation Criteria for Reduced Graphene Oxide, the Journal of Physical Chemistry C, 115(2011) 11327-11335. H. -J. Shin, K. K. Kim, A. Benayad, et. al. Efficient reduction of graphite oxide by sodium borohydride and its effect on electrical conductance. Advanced Functional Materials, 19(2009) 1987-1992. D. M. A. Q. CAI. Copper/Amino acid catalyzed cross-couplings of aryl and vinyl halides with nucleophiles.Accounts of Chemical Reseach，41(2008) 1450-1460. A. Shaabani, M. Mahyari, PdCo bimetallic nanoparticles supported on PPI-grafted graphene as an efficient catalyst for Sonogashira reactions. Journal of Materials ChemistryA, 1 (2013)9303.
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术所要解决的问题是提出一种氨基石墨烯的制备方法及 应用。结合石墨烯上氨基基团的优越配位能力，用于金属催化剂的载体材料，与先前人们报 道的结果相比较，提高了其催化效率。利用丙二腈上氢原子的活泼性，在碱性条件下成功嫁 接丙二腈在氧化石墨烯表面；然后通过强烈还原获得氨基和石墨烯。整过制备过程简单、快 捷，是一种典型的经济型技术。 本专利技术目的在于提供一种氨基石墨烯的制备方法和应用，其制备方法包括如下步 骤： 1)制备氧化石墨烯四氢呋喃悬浮液：以石墨粉为原料，以Hummer法制备氧化石墨 烯，分别用稀盐酸和去离子水洗涤，然后冷冻干燥获得氧化石墨烯固体，最后将其超声分散 于无水四氢呋喃中； 2)嫁接丙二腈到氧化石墨烯：将用氢化钙处理后的丙二腈四氢呋喃溶液缓慢滴 加到石墨烯溶液中，60°C搅拌反应24h;氢化钙处理丙二腈的目的在于让丙二腈生成活泼 的亚甲基碳负离子，作为活性的亲核试剂，与石墨烯上环氧基团进行亲核加成反应。冷却 后固体过滤，先用用稀盐酸洗涤，然后水洗至中性，再用甲醇和丙酮分别洗涤两次后真空干 燥； 3)还原制备氨基石墨烯：丙二腈氧化石墨烯超声分散到无水四氢呋喃中，然后加 入氢化铝锂室温还原24h，混合液加入稀盐酸洗涤过滤，水洗至中性，再用乙醇洗涤3次后 真空干燥。 在本专利技术的一个优选实施方式中，其特征在于步骤1)氧化石墨烯相对于无水四 氢呋喃用量：每毫升四氢呋喃分散氧化石墨烯1-3毫克（优选2毫克）。 在本专利技术的一个优选实施方式中，其特征在于步骤2)丙二腈、氢化钙和氧化石墨 烯质量比：20:7:4。 在本专利技术的一个优选实施方式中，其特征在于步骤3)丙二腈氧化石墨烯相对于 无水四氢呋喃用量：每晕升四氢呋喃分散丙二腈氧化石墨烯1 _2晕克（优选1. 5晕克）。 在本专利技术的一个优选实施方式中，其特征在于步骤3)氢化铝锂与丙二腈氧化石 墨烯质量配比：5:1。 在本专利技术的一个优选实施方式中，其特征在于步骤1)和3)超声分散时间 20_50min，优选 40min。 在本专利技术的一个优选实施方式中，其特征在于所用石墨粉优先选用天然鳞片状石 墨粉。 本专利技术还提供了所述氨基石墨烯材料作为催化剂载体对C-N偶联反应的催化应 用。是以氨基石墨烯作为催化剂载体，碘化亚铜作为催化剂，质量比以2:1混合。以5mol% 的复合催化剂催化碘苯和咪唑的偶联，目标产物收率高达99%。 本专利技术公开了一种通过丙二腈制备氨基石墨烯的新方法。本专利技术首先用Hu_er 法制备了氧化石墨烯四氢呋喃悬浮液，在搅拌条件下滴加氢化钙处理后的丙二腈四氢呋喃 溶液，反应完成后获得的固体在无水四氢呋喃中强烈还原，最后获得还原的氨基石墨烯复 合材料。最后以制备的材料作为催化剂的载体，实验结果证实该复合材料存在对催化剂具 有很好的分散性，能够极大提高催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨基石墨烯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)将丙二腈和氢化钙按照质量比为15‑25:7的比例混合并溶于无水四氢呋喃中，‑2～2℃下氮气保护搅拌20‑30min将氧化石墨烯分散到无水四氢呋喃中，超声形成稳定的悬浮液；2)室温下，将丙二腈溶液加入到氧化石墨烯悬浮液中，滴加完毕后升温至55‑65℃搅拌反应20‑28h；冷却后固体过滤，先用盐酸溶液洗涤，然后水洗至中性，再用甲醇和丙酮分别洗涤1‑3次后真空干燥；3)腈基化的石墨烯溶于无水四氢呋喃中，超声使其分散均匀，然后加入氢化铝锂室温还原20‑28h，混合液加入盐酸溶液洗涤过滤，水洗至中性，再用乙醇洗涤2‑4次后真空干燥，即得。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周丽梅，黄强，
申请(专利权)人：西华师范大学，
类型：发明
国别省市：四川;51