一种氨基化氧化石墨烯制造技术

本发明专利技术提供了一种氨基化氧化石墨烯，由表面羟基活化后的氧化石墨烯和氨源经制备后得到。本发明专利技术以表面羟基活化后的氧化石墨烯为原料，直接加入氨源进行氨基化改性，氧化石墨烯表面的羟基经活化后，碳氧键变得容易断裂，因而可以很好地保持氧化石墨烯的片层结构，保持原有特性。

An Amino Graphene Oxide

The present invention provides an aminated graphene oxide, which is prepared from surface hydroxyl activated graphene oxide and ammonia source. The method takes graphene oxide activated by surface hydroxyl as raw material and directly adds ammonia source for amination modification. After the surface hydroxyl of graphene oxide is activated, the carbon-oxygen bond becomes easy to break, thus the lamellar structure of graphene oxide can be well maintained and the original characteristics can be maintained.

【技术实现步骤摘要】
一种氨基化氧化石墨烯
本专利技术属于改性石墨烯
，涉及一种氨基化的氧化石墨烯，尤其涉及一种表面氨基化的氧化石墨烯。
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；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；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；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，同时为了应对更加广泛的应用需求，所以石墨烯的功能化改性在其应用中就显得尤为重要。而且氧化石墨烯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，能够更好的应用在一些水性的复合材料改性中。氨基化改性就是其中之一，氨基化改性石墨烯是利用共价键将氨基基团与石墨烯相连的改性石墨烯，由于氨基与环氧基等基团有很好的化学键作用，可以与环氧树脂等材料进行复合，应用到涂料等领域，如此便可将石墨烯引入到复合材料中。传统的氨基化氧化石墨烯制备方法通常分为两种，一种是直接将氧化石墨烯与氨源进行复合，但如果采用非共价键改性虽然可以很好地保持氧化石墨烯的结构，但是作用力弱、不稳定，限制较多；而采用共价键改性虽然相对作用力强、稳定，但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，而且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。另一种是将石墨烯表面进行活化，再与氨基进行复合。但是通常也需要较高的温度和较长的反应时间，不可避免的会引起石墨烯的卷曲和团聚，影响石墨烯本身的性能。因此，如何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了一种氨基化氧化石墨烯，是一种表面氨基化的氧化石墨烯，本专利技术采用表面羟基活化后的氧化石墨烯为原料进行氨基化改性，可以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氨基化氧化石墨烯，由表面羟基活化后的氧化石墨烯和氨源经制备后得到。优选的，所述表面羟基活化后的氧化石墨烯与所述氨源的摩尔比为1：(2～5)；所述氨源包括氨水、三乙烯四胺、苯胺、乙二胺和对苯二胺中的一种或多种；所述表面羟基活化后的氧化石墨烯包括表面羟基活化后的氧化石墨烯与有机溶剂经超声分散后得到的表面羟基活化后的氧化石墨烯溶液；所述超声分散的时间为30～60min；所述超声分散的频率为30～50KHz。优选的，所述表面羟基活化后的氧化石墨烯由以下步骤制得：1)将氧化石墨烯在极性溶剂中分散后，得到氧化石墨烯溶液；2)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；3)在无氧的条件下，将上述步骤得到的反应体系加热反应后，得到表面羟基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；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，所述步骤2)具体为：21)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；22)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；23)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，所述步骤1)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)；所述步骤2)中，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3)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，后处理得到表面羟基活化后的氧化石墨烯；所述反应的温度为80～90℃；所述反应的时间为4～10h；所述微负压的压力为100～120mbar；所述干燥的温度为50～60℃；所述干燥的时间为12～24h。优选的，其特征在于，所述制备的具体步骤为：A)将表面羟基活化后的氧化石墨烯溶液、氨源和有机溶剂混合进行反应后，得到氨基化的石墨烯。优选的，所述步骤A)具体为：A1)将氨源和有机溶剂先混合，得到氨源溶液；A2)向上述步骤得到的氨源溶液中，缓慢加入活化后的氧化石墨烯溶液进行反应后，得到氨基化的石墨烯。优选的，所述表面羟基活化后的氧化石墨烯与所述有机溶剂的质量体积比为(0.1～5)g：100mL；所述有机溶剂包括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；所述反应的温度为0～40℃；所述反应包括在搅拌的条件下反应和/或在微波的条件下反应；所述搅拌的条件下反应的反应时间为4～8h；所述微波的条件下反应的反应时间为10～30min；所述微波的功率为500～1300W；所述反应后还包括后处理步骤。本专利技术提供了一种氨基化氧化石墨烯，由表面羟基活化后的氧化石墨烯和氨源经制备后得到。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。本专利技术以表面羟基活化后的氧化石墨烯为原料，直接加入氨源进行氨基化改性，氧化石墨烯表面的羟基经活化剂活化后，碳氧键变得容易断裂，因而可以很好地保持氧化石墨烯的片层结构，保持原有特性。实验结果表明，本专利技术采用活化后的氧化石墨烯作原料可以在温和条件下进行改性反应，使得氨基较容易的连接到氧化石墨烯表面，而且不会改变石墨烯的片层结构。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；图3为本专利技术实施例2制备氨基化氧化石墨烯的工艺流程简图；图4为本专利技术实施例4制备的氨基化的氧化石墨烯的红外光谱图；图5为本专利技术实施例4制备的氨基化的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨基化氧化石墨烯，其特征在于，由表面羟基活化后的氧化石墨烯和氨源经制备后得到。

【技术特征摘要】
1.一种氨基化氧化石墨烯，其特征在于，由表面羟基活化后的氧化石墨烯和氨源经制备后得到。2.根据权利要求1所述的氨基化氧化石墨烯，其特征在于，所述表面羟基活化后的氧化石墨烯与所述氨源的摩尔比为1：(2～5)；所述氨源包括氨水、三乙烯四胺、苯胺、乙二胺和对苯二胺中的一种或多种；所述表面羟基活化后的氧化石墨烯包括表面羟基活化后的氧化石墨烯与有机溶剂经超声分散后得到的表面羟基活化后的氧化石墨烯溶液；所述超声分散的时间为30～60min；所述超声分散的频率为30～50KHz。3.根据权利要求1或2所述的氨基化氧化石墨烯，其特征在于，所述表面羟基活化后的氧化石墨烯由以下步骤制得：1)将氧化石墨烯在极性溶剂中分散后，得到氧化石墨烯溶液；2)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；3)在无氧的条件下，将上述步骤得到的反应体系加热反应后，得到表面羟基活化后的氧化石墨烯。4.根据权利要求3所述的氨基化氧化石墨烯，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；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)。5.根据权利要求3所述的氨基化氧化石墨烯，其特征在于，所述步骤2)具体为：21)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；22)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；23)在无氧的条件下，将缚酸剂和极性溶剂的混合液缓慢加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开付，张在忠，赵永彬，蔡婷婷，刘海波，
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