一种氧化石墨烯的活化方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化石墨烯的活化方法，包括以下步骤，首先将氧化石墨烯在极性溶剂中分散后，得到氧化石墨烯溶液；然后将上述步骤得到的氧化石墨烯溶液、活化剂和缚酸剂混合后，得到反应体系；最后在无氧的条件下，将上述步骤得到的反应体系加热反应后，得到活化后的氧化石墨烯。本发明专利技术在温和条件下对氧化石墨烯表面的羟基进行活化，通过活化剂与氧化石墨烯表面羟基结合形成易离去基团，活化了氧化石墨烯表面的碳氧键，降低了后续氧化石墨烯表面共价键改性的难度，为氧化石墨烯的表面功能化改性提供一种活性较高的中间体，使得后续的表面改性，无需苛刻的条件即可进行，即节省能耗，又能很好地保持石墨烯的片层结构，从而保持石墨烯的特性。

Method for activating graphene oxide

The present invention provides a method for activation of graphene oxide, which comprises the following steps, the graphene oxide in polar solvent dispersed after the obtained graphene oxide solution; then the obtained graphene oxide solution, activating agent and acid binding agent are mixed, finally in the anaerobic reaction system; under the condition of the reaction system the heating reaction steps are obtained after graphene oxide activated. The invention of the graphene oxide surface hydroxyl groups under mild conditions by activation of activator and surface hydroxyl groups of graphene oxide formed by the combination of easy leaving group, activated carbon oxygen bond on the graphene oxide surface, reduce the difficulty of subsequent modification of graphite oxide graphene surface covalent bonds, providing a higher activity for intermediate the function of surface modification of graphene oxide, make the surface modification, are no harsh conditions to save energy consumption, the lamellar structure can well maintain the graphene, thereby maintaining the characteristics of graphene.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯的活化方法
本专利技术属于石墨烯材料
，涉及一种氧化石墨烯的活化方法，尤其涉及一种氧化石墨烯表面羟基的活化方法。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。作为一种由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，它是目前进入应用领域中最薄的材料和最强韧的材料，断裂强度比钢材还要高200倍，还有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％；同时石墨烯具有巨大的理论比表面积，物理化学性质稳定，可在高工作电压和大电流快速充放电下保持很好的结构稳定性，同时，石墨烯还具有优异的导电性，可以降低内阻，提高超级电容器的循环稳定性；而且石墨烯如果能够制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍；另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。并且非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。正是由于石墨烯具有上述诸多的优异物理化学性质，其在储能材料，环境工程，灵敏传感方面被广泛应用，被称为“黑金”或是“新材料之王”，而且潜在的应用前景广大，目前已成为全世界的关注焦点与研究热点。然而在实际应用中，石墨烯还存在着诸多的问题和制约因素，石墨烯极易团聚就是制约石墨烯研究和应用的一个主要障碍，单一组分的石墨烯存在化学活性较弱、容易发生团聚和不易加工成型等局限性，所以石墨烯的功能化改性在其应用中就显得尤为重要。氧化石墨烯是氧化还原法制备石墨烯的中间产物，具有与石墨烯相似的平面结构，但是表面含有大量的含氧官能团，如羟基、羧基和环氧基，所以氧化石墨烯具有比石墨烯更高的活性，常常作为石墨烯改性的起始原料。氧化石墨烯表面的功能化改性分为共价键改性和非共价键改性两大部分，非共价键改性可以很好地保持氧化石墨烯的结构，但是作用力弱、不稳定，因而限制较多；共价键改性则相对作用力强、稳定，是现有的改性的通常途径，可分为亲核取代、亲电取代、缩合反应和加成反应。但是由于氧化石墨烯的空间位阻较大，所以直接对氧化石墨烯表面改性条件苛刻，反应时间长，然而氧化石墨烯在苛刻的条件下极易发生卷曲、团聚，破坏其片层结构，导致其原有的特性遭到破坏。因此，如何提供一种方法，能够对氧化石墨烯表面稳定改性，但又能不破坏其片层结构，已成为领域内诸多前沿科研人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种氧化石墨烯的活化方法，特别是一种氧化石墨烯表面羟基的活化方法，本专利技术在温和条件下对氧化石墨烯表面的羟基进行活化，形成易离去基团，得到较易断裂的碳氧键，使得后续对石墨烯进行的表面改性，无需苛刻的条件即可进行，即节省能耗，又能很好地保持石墨烯的片层结构，从而保持石墨烯的特性。本专利技术提供了一种氧化石墨烯的活化方法，包括以下步骤：A)将氧化石墨烯在极性溶剂中分散后，得到氧化石墨烯溶液；B)将上述步骤得到的氧化石墨烯溶液、活化剂和缚酸剂混合后，得到反应体系；C)在无氧的条件下，将上述步骤得到的反应体系加热反应后，得到活化后的氧化石墨烯。优选的，所述极性溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜和乙二醇中的一种或多种；所述缚酸剂包括三乙胺、吡啶和4-二甲氨基吡啶中的一种或多种；所述活化剂包括对甲苯磺酰氯、三氟甲磺酸酐、甲烷磺酰氯和二氯亚砜中的一种或多种。优选的，所述氧化石墨烯与所述极性溶剂的质量体积比为(0.1～2)g：100mL；所述氧化石墨烯与所述活化剂的摩尔比为1：(2～5)；所述氧化石墨烯与所述缚酸剂的摩尔比为1：(4～10)。优选的，所述加热反应的温度为80～90℃；所述加热反应的时间为4～10h。优选的，所述步骤B)具体为：B1)将上述步骤得到的氧化石墨烯溶液经过脱水处理后，得到脱水氧化石墨烯溶液；B2)将上述步骤得到的脱水氧化石墨烯溶液缓慢加入到活化剂和极性溶剂的混合溶液中，排空氧气后，得到中间体系；B3)在无氧的条件下，将缚酸剂和极性溶剂的混合液缓慢加入到上述中间体系中，得到反应体系。优选的，所述脱水处理为分子筛脱水处理；所述缓慢加入为滴加；所述无氧的条件包括真空或通入保护性气体。优选的，所述步骤A)中，所述氧化石墨烯包括氧化石墨烯浆料；所述氧化石墨烯浆料的质量分数为25％～30％；所述氧化石墨烯浆料与所述分子筛的质量比为1：(10～20)。优选的，所述步骤C)具体为：在无氧的条件下，在微负压和加热回流的状态下，将上述步骤得到的反应体系进行反应后，后处理得到活化后的氧化石墨烯。优选的，所述微负压的压力为100～120mbar；所述后处理步骤包括洗涤、分离和干燥中的一种或多种；所述干燥的温度为50～60℃；所述干燥的时间为12～24h。本专利技术还提供了一种改性氧化石墨烯，由上述技术方案任意一项所述的活化方法得到的活化后的氧化石墨烯，经改性后得到。本专利技术提供了一种氧化石墨烯的活化方法，包括以下步骤，首先将氧化石墨烯在极性溶剂中分散后，得到氧化石墨烯溶液；然后将上述步骤得到的氧化石墨烯溶液、活化剂和缚酸剂混合后，得到反应体系；最后在无氧的条件下，将上述步骤得到的反应体系加热反应后，得到活化后的氧化石墨烯。与现有技术相比，本专利技术针对现有的氧化石墨烯表面改性方法中非共价键改性结合力弱，不稳定，而现有的共价键改性氧化石墨烯表面的技术操作条件较为苛刻，温度高，反应时间长，耗能高，不能完整保持石墨烯的片层结构，导致石墨烯卷曲、团聚的缺陷。本专利技术在温和条件下对氧化石墨烯表面的羟基进行活化，通过活化剂与氧化石墨烯表面羟基结合形成易离去基团，活化了氧化石墨烯表面的碳氧键，降低了后续氧化石墨烯表面共价键改性的难度，得到了活化后的氧化石墨烯，即为氧化石墨烯的表面功能化改性提供一种活性较高的中间体。采用本专利技术制备的活化后的氧化石墨烯，进行后续的共价键改性反应，能够在较温和的条件下即可进行，从而保持石墨烯的片层结构。本专利技术在温和条件下对氧化石墨烯表面的羟基进行活化，形成易离去基团，得到较易断裂的碳氧键，使得后续对石墨烯进行的表面改性，无需苛刻的条件即可进行，即节省能耗，又能很好地保持石墨烯的片层结构，从而保持石墨烯的特性。实验结果表明，本专利技术制备的活化后的氧化石墨烯，氧化石墨烯表面能够成功连接活化基团，并且石墨烯片层结构仍能很好地保持。附图说明图1为本专利技术实施例1所示的活化工艺的工艺流程简图；图2为本专利技术实施例1制备的羟基活化后的氧化石墨烯的扫描电镜图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对专利技术权利要求的限制。本专利技术所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本专利技术所有原料，对其纯度没有特别限制，本专利技术优选采用分析纯或石墨烯制备领域常规的纯度要求。本专利技术所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯的活化方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将氧化石墨烯在极性溶剂中分散后，得到氧化石墨烯溶液；B)将上述步骤得到的氧化石墨烯溶液、活化剂和缚酸剂混合后，得到反应体系；C)在无氧的条件下，将上述步骤得到的反应体系加热反应后，得到活化后的氧化石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯的活化方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将氧化石墨烯在极性溶剂中分散后，得到氧化石墨烯溶液；B)将上述步骤得到的氧化石墨烯溶液、活化剂和缚酸剂混合后，得到反应体系；C)在无氧的条件下，将上述步骤得到的反应体系加热反应后，得到活化后的氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述的活化方法，其特征在于，所述极性溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜和乙二醇中的一种或多种；所述缚酸剂包括三乙胺、吡啶和4-二甲氨基吡啶中的一种或多种；所述活化剂包括对甲苯磺酰氯、三氟甲磺酸酐、甲烷磺酰氯和二氯亚砜中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的活化方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与所述极性溶剂的质量体积比为(0.1～2)g：100mL；所述氧化石墨烯与所述活化剂的摩尔比为1：(2～5)；所述氧化石墨烯与所述缚酸剂的摩尔比为1：(4～10)。4.根据权利要求1所述的活化方法，其特征在于，所述加热反应的温度为80～90℃；所述加热反应的时间为4～10h。5.根据权利要求1～4任意一项所述的活化方法，其特征在于，所述步骤B)具体为：B1)将上述步骤得到的氧化石墨烯溶液经过脱水处理后，得到脱水氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永彬，张在忠，蔡婷婷，吴开付，
申请(专利权)人：山东欧铂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37