一种氨基化的氟化石墨烯及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氨基化的氟化石墨烯及其制备方法；本发明专利技术的合成方法不需要昂贵的原料，复杂的合成工艺等。设备和工艺过程比较简单，实验可操作性强，制备成本低，且周期短。另外，所得到的产品纯度高，为氨基化的氟化石墨烯的进一步应用提供良好的合成基础。其一次性可以制备得到十几克量级的氨基化的氟化石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
一种氨基化的氟化石墨烯及其制备方法
本专利技术适用于功能材料改性领域，具体涉及一种氨基化的氟化石墨烯及其制备方法。
技术介绍
氟化石墨烯是通过在石墨烯的每一个碳原子周围增加一个氟原子制成的。氟化石墨烯仍保留了石墨烯的二维平面结构，在平面外氟原子与碳原子以共价键或离子键形式相互作用。氟碳键赋予其带隙可调、低表面能、强疏水性、优异机械性能和高稳定性等突出的界面和物理化学性能，使其兼具石墨烯和特氟龙两种材料的结构和性能特点，被称为“二维特氟龙”。这些独特的性能使其在超薄高稳定涂层、超疏水疏油界面、润滑材料、新型纳米电子器件、能源等领域具有广泛的应用前景。但是氟化石墨烯严重疏水，只能分散在2-甲基吡咯烷酮等有机溶剂中，限制了氟化石墨烯的应用。而且由于氟的化学特性，使得氟化石墨烯不容易被修饰，更加限制了它的改性和应用。氨基，能与水分子形成氢键，因而具有很好的亲水性。同时，氨基也是一个活性非常高的官能团，既能与重金属发生络合反应，也能参与很多有机化学反应，例如酰化反应等等。因而，氨基修饰的氟化石墨烯，不仅能保持其优异的机械性能，高的稳定性等特点，更能调节氟化石墨烯的亲疏水性，提供后续修饰的活性位点。因此，寻求一种氨基化的氟化石墨烯及其制备工艺迫在眉睫。
技术实现思路
为了改善现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种氨基化的氟化石墨烯及其制备方法，所述制备方法可以对氟化石墨烯进行修饰和改性，制备得到大量的氨基化的氟化石墨烯。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种合成氨基化的氟化石墨烯的方法，所述方法为固相氨基化反应法，所述固相氨基化反应法包括以下步骤：(1)将氟化石墨烯与氨基化试剂混合，进行焙烧；(2)将步骤(1)的反应产物分散到分散液中，洗涤，冷冻干燥，制备得到氨基化的氟化石墨烯。具体地，所述步骤(1)中，所述氟化石墨烯与氨基化试剂的质量比为1:5-1:20。具体地，所述步骤(1)中，所述氨基化试剂选自含有铵离子的盐，示例性地，所述的氨基化试剂选自碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、溴化铵、碘化铵、硫酸铵。具体地，所述步骤(1)中，所述氟化石墨烯为本领域技术人员已知的任一种氟化石墨烯，且其中氟元素的含量同样没有特别的限定。所述氟化石墨烯可以商业途径购买，也可以采用本领域已知的方法进行制备。具体地，所述步骤(1)中，所述焙烧在管式炉中进行。具体地，所述步骤(1)中，所述焙烧的温度为200℃-400℃，所述焙烧的时间为1-4小时。具体地，所述步骤(1)中，焙烧后自然降温。具体地，所述步骤(2)中，所述的分散液为有机溶剂和水的混合溶液；所述混合溶液中有机溶剂和水的体积比为1:1-1:4；所述有机溶剂选自能够分散氟化石墨烯，且能与水互溶的有机溶剂；示例性地，所述有机溶剂选自2-甲基吡咯烷酮，氮氮二甲基甲酰胺，氮氮二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的至少一种。具体地，所述步骤(2)中，所述的洗涤采用与分散液相同的有机溶剂和水对产物进行洗涤即可。具体地，以2-甲基吡咯烷酮和蒸馏水为例，所述步骤(2)例如可以为：将步骤(1)的反应产物分散到2-甲基吡咯烷酮和蒸馏水的混合溶液中，抽滤，用2-甲基吡咯烷酮和蒸馏水分别洗涤三次；将抽滤洗涤后的样品冷冻干燥，得到氨基化的氟化石墨烯粉末。具体地，所述步骤(3)中，所述冷冻干燥的温度为-30至-50℃；所述冷冻干燥的时间为4-20小时。本专利技术还提供一种氨基化的氟化石墨烯，其是通过上述方法制备得到的。采用本申请的制备方法，氨基化试剂的加入使得氨基可以通过亲核取代反应，取代氟化石墨烯上的氟，进而把氨基修饰到氟化石墨烯上。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种氨基化的氟化石墨烯及其制备方法；本专利技术的合成方法不需要昂贵的原料，复杂的合成工艺等。设备和工艺过程比较简单，实验可操作性强，制备成本低，且周期短。另外，所得到的产品纯度高，为氨基化的氟化石墨烯的进一步应用提供良好的合成基础。附图说明图1为本专利技术实施例1的氨基化的氟化石墨烯的粉末衍射图。图2为本专利技术实施例1的氨基化的氟化石墨烯的红外光谱图。图3为本专利技术实施例1的氨基化的氟化石墨烯的电镜照片。图4为本专利技术实施例1的氨基化处理前后的氟化石墨烯的原子含量。图5为本专利技术实施例2的氨基化处理前后的氟化石墨烯的原子含量。具体实施方式下文将结合具体实施例对本专利技术的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本专利技术，而不应被解释为对本专利技术保护范围的限制。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均涵盖在本专利技术旨在保护的范围内。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。仪器和设备本申请的电镜照片是通过荷兰Phenom-world公司PhenomG2Pro台式扫描电子显微镜完成的。实施例1称取100mg氟化石墨烯和500mg氯化铵，研钵充分研磨，倒入氧化铝坩埚中，放置于管式炉中，升温至300℃，保持2小时，自然降温。收集上述产物，分散到体积比为1：1的2-甲基吡咯烷酮和蒸馏水的混合溶液中，抽滤，用2-甲基吡咯烷酮和蒸馏水分别洗涤三次。将抽滤洗涤后的样品冷冻干燥，时间为6小时，得到氨基化的氟化石墨烯粉末。图1为本专利技术实施例1的氨基化的氟化石墨烯的粉末衍射图。从图1中可以看出，所述氨基化的氟化石墨烯具有三个典型的氟化石墨烯衍射峰，通过计算其层间距在0.37nm左右，其层数在1-3层之间。图2为本专利技术实施例1的氨基化的氟化石墨烯的红外光谱图。从图2中可以看出，在3500cm-1左右有氨基的吸收特征峰，证明氨基化成功。1200cm-1左右的峰说明仍存在碳氟键，氟化石墨烯的骨架保持完整。图3为本专利技术实施例1的氨基化的氟化石墨烯的电镜照片。从图3中可以看出，氨基化的氟化石墨烯为薄片状，大小为1-4μm。图4为本专利技术实施例1的氨基化处理前后的氟化石墨烯的原子含量。从图4中可以看出，氨基化氟化石墨烯中氮的含量为8.08％，证明了该方法的可靠性。实施例2称取100mg氟化石墨烯和1000mg碳酸铵，研钵充分研磨，倒入氧化铝坩埚中，放置于管式炉中，升温至400℃，保持1小时，自然降温。收集上述产物，分散到体积比为1：2的氮氮二甲基甲酰胺和蒸馏水的混合溶液中，抽滤，用氮氮二甲基甲酰胺和蒸馏水分别洗涤三次。将抽滤洗涤后的样品冷冻干燥，时间为12小时，得到氨基化的氟化石墨烯粉末。图5为本专利技术实施例2的氨基化处理前后的氟化石墨烯的原子含量。从图5中可以看出，氨基化氟化石墨烯中氮的含量为12.93％，与实施例1对比，可以发现提高氨基化试剂的用量，可以有效增大氨基化氟化石墨烯中氨基的含量。以上，对本专利技术的实施方式进行了说明。但是，本专利技术不限定于上述实施方式。凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合成氨基化的氟化石墨烯的方法，所述方法为固相氨基化反应法，所述固相氨基化反应法包括以下步骤：(1)将氟化石墨烯与氨基化试剂混合，进行焙烧；(2)将步骤(1)的反应产物分散到分散液中，洗涤，冷冻干燥，制备得到氨基化的氟化石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种合成氨基化的氟化石墨烯的方法，所述方法为固相氨基化反应法，所述固相氨基化反应法包括以下步骤：(1)将氟化石墨烯与氨基化试剂混合，进行焙烧；(2)将步骤(1)的反应产物分散到分散液中，洗涤，冷冻干燥，制备得到氨基化的氟化石墨烯。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述氟化石墨烯与氨基化试剂的质量比为1:5-1:20。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征子在于，所述步骤(1)中，所述氨基化试剂选自含有铵离子的盐，示例性地，所述的氨基化试剂选自碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、溴化铵、碘化铵、硫酸铵。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征子在于，所述步骤(1)中，所述焙烧的温度为200℃-400℃，所述焙烧的时间为1-4小时。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征子在于，所述步骤(2)中，所述的分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：王要兵，吴茂祥，吕江泉，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35