一种改性石墨烯的制备方法技术

一种改性石墨烯的制备方法，涉及一种石墨烯的制备方法。本发明专利技术是为了解决现有的氧化还原法制备石墨烯时制备成本高、工艺复杂、功能化程度单一且偏低、环境污染严重的技术问题。本发明专利技术：一、石墨的氧化处理；二、二苯甲酮腙衍生物的制备；三、双芳基重氮甲烷衍生物的制备；四、改性石墨烯的制备。本发明专利技术的制备方法利用高活性卡宾与氧化石墨的反应引入功能基团，提高了功能化修饰程度、简化了制备工艺，适合大规模工业生产及后续的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种改性石墨烯的制备方法
本专利技术涉及一种石墨烯的制备方法。
技术介绍
石墨烯是碳原子构成的单层二维蜂窝状晶格结构的材料，它具有许多优异的性能，如高的杨氏模量和载流子迁移率、巨大的比表面积、优良的热导率和透光性等。石墨烯材料已在催化剂载体、柔性光电器件、生物材料、传感材料等领域显示出广阔的应用前景。目前，石墨烯的制备方法主要有微机械分离法、外延生长法、化学气相沉积、氧化石墨还原法等。其中，氧化石墨还原法是迄今制备石墨烯最广泛使用的一种方法。氧化石墨还原法作为一种低成本、可实现石墨烯批量生产的化学方法，受到相关科技工作者的高度重视。然而，氧化还原法需要使用大量强酸、高锰酸钾、双氧水等强氧化性物质，且引入的功能基团一般为含氧功能团，从而导致制备成本高、工艺复杂、功能化程度单一且偏低、环境污染严重，因而不适合大规模工业化生产。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有的氧化还原法制备石墨烯时制备成本高、工艺复杂、功能化程度单一且偏低、环境污染严重的技术问题，而提供一种改性石墨烯的制备方法。本专利技术的一种改性石墨烯的制备方法是按以下步骤进行的：一、石墨的氧化处理：在干燥的反应器中加入0.3L～3L质量分数为98％的浓硫酸，在搅拌的条件下加入10g～100g的石墨粉、0.1L～1L质量分数为65％的浓硝酸，超声10min～60min，在温度为20℃～60℃的条件下保温10min～100min，过滤，得到的固体用蒸馏水反复洗涤3次～5次，在真空和零下20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到氧化石墨；二、二苯甲酮腙衍生物的制备：将2g～20g的二苯甲酮衍生物加入到圆底烧瓶中，依次加入50mL～1000mL无水乙醇和1g～50g质量分数为85％的水合肼溶液，在温度为80℃和搅拌的条件下回流24h～72h，然后减压蒸馏出加入无水乙醇体积40％～60％的无水乙醇，剩余的反应液在冰水浴中冷却结晶10min～60min，抽滤产物，得到的固体用蒸馏水洗涤3次～5次，在真空和温度为20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到二苯甲酮腙衍生物；三、双芳基重氮甲烷衍生物的制备：将0.1g～5g步骤二得到的二苯甲酮腙衍生物加入至装有5mL～200mL四氢呋喃的圆底烧瓶中，再依次加入0.1g～10g的无水硫酸钠、0.1g～10g的MnO2和0.1mL～10mL的KOH的乙醇饱和溶液，在室温避光的条件下搅拌1h～12h，采用砂芯漏斗过滤，用二氯甲烷反复洗涤3次～5次，得到的滤液在真空和温度为20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到双芳基重氮甲烷衍生物；四、改性石墨烯的制备：将0.1g～5g步骤三得到的双芳基重氮甲烷衍生物加入至装有10mL～1000mL二氯甲烷的圆底烧瓶中，再加入0.1g～50g步骤一得到的氧化石墨，避光减压蒸馏出全部溶剂，所得固体在温度为100℃～200℃的条件下保温10min～120min，用二氯甲烷洗涤3～5次，用蒸馏水洗涤3～5次，得到的固体分散在丙酮中，超声分散1h～6h，抽滤，得到的固体在真空和零下20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到改性石墨烯。本专利技术采用混酸对石墨进行适度氧化处理，引入部分含氧功能基团，以双芳基甲酮衍生物为原料，经由腙化及氧化反应制备双芳基重氮甲烷衍生物，在加热或光照条件下，双芳基重氮甲烷衍生物可脱除重氮基团生成高活性炭卡宾，利用碳卡宾与氧化石墨的插入反应及加成反应实现功能基团的引入，进一步采用超声剥离的手段即可得到改性石墨烯。本专利技术的制备方法利用高活性卡宾与氧化石墨的反应引入功能基团，提高了功能化修饰程度、简化了制备工艺，适合大规模工业生产及后续的应用。附图说明图1是将50mg试验一制备得到的改性石墨烯溶解在500mL无水乙醇中测试得到的TEM照片。具体实施方式：具体实施方式一：本实施方为一种改性石墨烯的制备方法，具体是按以下步骤进行的：一、石墨的氧化处理：在干燥的反应器中加入0.3L～3L质量分数为98％的浓硫酸，在搅拌的条件下加入10g～100g的石墨粉、0.1L～1L质量分数为65％的浓硝酸，超声10min～60min，在温度为20℃～60℃的条件下保温10min～100min，过滤，得到的固体用蒸馏水反复洗涤3次～5次，在真空和零下20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到氧化石墨；二、二苯甲酮腙衍生物的制备：将2g～20g的二苯甲酮衍生物加入到圆底烧瓶中，依次加入50mL～1000mL无水乙醇和1g～50g质量分数为85％的水合肼溶液，在温度为80℃和搅拌的条件下回流24h～72h，然后减压蒸馏出加入无水乙醇体积40％～60％的无水乙醇，剩余的反应液在冰水浴中冷却结晶10min～60min，抽滤产物，得到的固体用蒸馏水洗涤3次～5次，在真空和温度为20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到二苯甲酮腙衍生物；三、双芳基重氮甲烷衍生物的制备：将0.1g～5g步骤二得到的二苯甲酮腙衍生物加入至装有5mL～200mL四氢呋喃的圆底烧瓶中，再依次加入0.1g～10g的无水硫酸钠、0.1g～10g的MnO2和0.1mL～10mL的KOH的乙醇饱和溶液，在室温避光的条件下搅拌1h～12h，采用砂芯漏斗过滤，用二氯甲烷反复洗涤3次～5次，得到的滤液在真空和温度为20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到双芳基重氮甲烷衍生物；四、改性石墨烯的制备：将0.1g～5g步骤三得到的双芳基重氮甲烷衍生物加入至装有10mL～1000mL二氯甲烷的圆底烧瓶中，再加入0.1g～50g步骤一得到的氧化石墨，避光减压蒸馏出全部溶剂，所得固体在温度为100℃～200℃的条件下保温10min～120min，用二氯甲烷洗涤3～5次，用蒸馏水洗涤3～5次，得到的固体分散在丙酮中，超声分散1h～6h，抽滤，得到的固体在真空和零下20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到改性石墨烯。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤二所述的二苯甲酮衍生物为二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮或3,4-二甲基二苯甲酮。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤二所述的二苯甲酮衍生物为4,4'-二甲氧基二苯甲酮、4,4'-双(二甲氨基)二苯甲酮或4,4'-双(二甲氨基)硫代二苯甲酮。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：步骤二所述的二苯甲酮衍生物为4-甲基二苯甲酮、4-甲氧基二苯甲酮或3,4-二甲基二苯甲酮。其他与具体实施方式一至三相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点是：步骤二所述的二苯甲酮衍生物为4,4'-二甲基二苯甲酮或4,4'-双(二乙氨基)二苯甲酮。其他与具体实施方式一至四相同。试验一：本试验为一种改性石墨烯的制备方法，具体是按以下步骤进行的：一、石墨的氧化处理：在干燥的反应器中加入1L质量分数为98％的浓硫酸，在搅拌的条件下加入10g的石墨粉、0.1L质量分数为65％的浓硝酸，超声30min，在温度为45℃的条件下保温40min，过滤，得到的固体用蒸馏水反复洗涤5次，在真空和零下20℃的条件下干燥24h，得到氧化石墨；二、二苯甲酮腙衍生物的制备：将2g的二苯甲酮衍生物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性石墨烯的制备方法，其特征在于改性石墨烯的制备方法是按以下步骤进行的：一、石墨的氧化处理：在干燥的反应器中加入0.3L～3L质量分数为98％的浓硫酸，在搅拌的条件下加入10g～100g的石墨粉、0.1L～1L质量分数为65％的浓硝酸，超声10min～60min，在温度为20℃～60℃的条件下保温10min～100min，过滤，得到的固体用蒸馏水反复洗涤3次～5次，在真空和零下20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到氧化石墨；二、二苯甲酮腙衍生物的制备：将2g～20g的二苯甲酮衍生物加入到圆底烧瓶中，依次加入50mL～1000mL无水乙醇和1g～50g质量分数为85％的水合肼溶液，在温度为80℃和搅拌的条件下回流24h～72h，然后减压蒸馏出所加入无水乙醇体积40％～60％的无水乙醇，剩余的反应液在冰水浴中冷却结晶10min～60min，抽滤产物，得到的固体用蒸馏水洗涤3次～5次，在真空和温度为20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到二苯甲酮腙衍生物；三、双芳基重氮甲烷衍生物的制备：将0.1g～5g步骤二得到的二苯甲酮腙衍生物加入至装有5mL～200mL四氢呋喃的圆底烧瓶中，再依次加入0.1g～10g的无水硫酸钠、0.1g～10g的MnO2和0.1mL～10mL的KOH的乙醇饱和溶液，在室温避光的条件下搅拌1h～12h，采用砂芯漏斗过滤，用二氯甲烷反复洗涤3次～5次，得到的滤液在真空和温度为20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到双芳基重氮甲烷衍生物；四、改性石墨烯的制备：将0.1g～5g步骤三得到的双芳基重氮甲烷衍生物加入至装有10mL～1000mL二氯甲烷的圆底烧瓶中，再加入0.1g～50g步骤一得到的氧化石墨，避光减压蒸馏出全部溶剂，所得固体在温度为100℃～200℃的条件下反应10min～120min，用二氯甲烷洗涤3～5次，用蒸馏水洗涤3～5次，得到的固体分散在丙酮中，超声分散1h～6h，抽滤，得到的固体在真空和零下20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到改性石墨烯。...

【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯的制备方法，其特征在于改性石墨烯的制备方法是按以下步骤进行的：一、石墨的氧化处理：在干燥的反应器中加入0.3L～3L质量分数为98％的浓硫酸，在搅拌的条件下加入10g～100g的石墨粉、0.1L～1L质量分数为65％的浓硝酸，超声10min～60min，在温度为20℃～60℃的条件下保温10min～100min，过滤，得到的固体用蒸馏水反复洗涤3次～5次，在真空和零下20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到氧化石墨；二、二苯甲酮腙衍生物的制备：将2g～20g的二苯甲酮衍生物加入到圆底烧瓶中，依次加入50mL～1000mL无水乙醇和1g～50g质量分数为85％的水合肼溶液，在温度为80℃和搅拌的条件下回流24h～72h，然后减压蒸馏出所加入无水乙醇体积40％～60％的无水乙醇，剩余的反应液在冰水浴中冷却结晶10min～60min，抽滤产物，得到的固体用蒸馏水洗涤3次～5次，在真空和温度为20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到二苯甲酮腙衍生物；三、双芳基重氮甲烷衍生物的制备：将0.1g～5g步骤二得到的二苯甲酮腙衍生物加入至装有5mL～200mL四氢呋喃的圆底烧瓶中，再依次加入0.1g～10g的无水硫酸钠、0.1g～10g的MnO2和0.1mL～10mL的KOH的乙醇饱和溶液，在室温避光的条件下搅拌1h～12h，采用砂芯漏斗过滤，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡桢，黄玉东，黄云峰，宋忱昊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23