一种石墨烯表面修饰改性的方法及二氧化硅/石墨烯类复合材料技术

本发明专利技术提供了一种二氧化硅/石墨烯类复合材料的制备方法，包括以下步骤，首先将氧化石墨烯分散液、碱和表面活性剂混合后，得到混合液；然后将上述步骤得到的混合液升温后，加入硅源后继续混合，再次升温后进行反应，得到反应液；最后将上述步骤得到的反应液进行后处理后，得到二氧化硅/石墨烯类复合材料。本发明专利技术能够在温和无毒的条件下，在石墨烯表面沉积二氧化硅薄层，阻碍了石墨烯片层之间的π‑π堆叠作用，实现了石墨烯片的均匀分散，解决了石墨烯类材料的团聚问题。同时二氧化硅用途广泛，可作为涂料和橡胶制备过程中的填料，在防腐涂料，耐磨橡胶，催化剂等领域具有良好的应用前景有较大的工业化应用前景。

A Method of Surface Modification of Graphene and Silica/Graphene Composites

The invention provides a preparation method of silicon dioxide/graphene composite material, including the following steps: firstly, the graphene oxide dispersion solution, alkali and surfactant are mixed to obtain the mixed liquid; secondly, the mixed liquid obtained by the above steps is heated up, then mixed with silicon source, and then reacted again to obtain the reaction liquid; lastly, the reaction liquid obtained by the above steps is reversed. Silicon dioxide/graphene composites were prepared by post-treatment of the solution. The invention can deposit a thin layer of silicon dioxide on the surface of graphene under mild and non-toxic conditions, which hinders the stacking of Pi Pi between graphene sheets, realizes the uniform dispersion of graphene sheets, and solves the agglomeration problem of graphene materials. At the same time, silicon dioxide is widely used as filler in the preparation of coatings and rubber. It has good application prospects in the fields of anticorrosive coatings, wear-resistant rubber, catalysts and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯表面修饰改性的方法及二氧化硅/石墨烯类复合材料
本专利技术属于石墨烯材料
，涉及一种石墨烯表面修饰改性的方法及二氧化硅/石墨烯类复合材料，尤其涉及一种二氧化硅/石墨烯类复合材料及其制备方法、二氧化硅/石墨烯复合材料。
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，特别是石墨烯的优异性能为发展高性能、多功能聚合物纳米复合材料现实了极大的前景。然而在实际应用中，石墨烯类材料还存在着诸多的问题和制约因素，石墨烯是一种结构非常规整的二维晶体材料，其内部由很多苯六元环组成，并且苯六元环上不含有任何的不稳定化学键，具有很高的化学稳定性，并且石墨烯表面呈现惰性状态，与溶剂等其他介质之间的相互作用力非常弱，片层之间却存在较强的范德华引力，因而容易发生积聚沉淀，不容易在水中或者常见的有机溶剂中稳定分散，极易团聚，极大地阻碍了石墨烯的进一步研究和应用。因此，为了利用石墨烯的特性使其能够在较多领域得到应用，必须采取一定的方法措施对其进行修饰和功能化。现有的石墨烯分散解决方案主要包括机械研磨、添加表面活性剂、表面化学修饰。其中机械研磨法旨在减小石墨烯片径，但是后期稳定性很差。添加表面活性剂效果有限，同时也引入了不必要的杂质分子。石墨烯表面化学修饰对化学反应的条件要求苛刻，成本比较昂贵，以上技术路线均存在有难以避免的缺点，如共价键修饰石墨烯在提高石墨烯分散性的同时破坏了石墨烯的共轭结构，同时条件要求比较苛刻，反应条件难以控制和实现；而芘以及它的衍生物是一类常用的具有共辄结构的有机分子，能够与石墨烯之间构成较强的π-π堆叠作用，有助于石墨烯在水中的稳定分散，但由于其价格昂贵，限制了它的应用本专利技术。因此，如何找到一种方式对石墨烯进行修饰，使得石墨烯可以均匀分散，提高其分散稳定性，更好的拓宽石墨烯类材料的应用领域，已成为行业内诸多一线生产研发人员和业内厂商亟待解决的重要问题。
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石墨烯表面修饰改性的方法，是一种二氧化硅/石墨烯类复合材料的制备方法，本专利技术提供的二氧化硅/石墨烯类复合材料二氧化硅均匀沉积在石墨烯表面，有效的阻碍了石墨烯的团聚，使石墨烯能够大量地在体系中均匀分散，同时，实现了石墨烯表面的无机化，有助于拓宽石墨烯在硅酸盐材料制备领域中的应用。本专利技术提供了一种二氧化硅/石墨烯类复合材料的制备方法，包括以下步骤：A)将氧化石墨烯分散液、碱和表面活性剂混合后，得到混合液；B)将上述步骤得到的混合液升温后，加入硅源后继续混合，再次升温后进行反应，得到反应液；C)将上述步骤得到的反应液进行后处理后，得到二氧化硅/石墨烯类复合材料。优选的，所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、浓氨水、尿素、碳酸钠和四丙基氢氧化铵中的一种或多种；所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂；所述石墨烯类材料包括石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的一种或多种。优选的，所述氧化石墨烯分散液的质量浓度为0.03％～0.9％；所述表面活性剂与所述氧化石墨烯的质量比为(1～15)：1；所述碱在混合液中的质量浓度为0.04％～2％；所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基溴化吡啶、P123和Brij700中的一种或多种。优选的，所述混合的时间为30～180min；所述升温的温度为35～60℃；所述继续混合的时间为60～180min。优选的，所述硅源包括正硅酸四乙酯、正硅酸四丁酯、硅溶胶、白炭黑和硅酸钠中的一种或多种；所述硅源与所述氧化石墨烯的质量比为(0.05～40)：1；所述加入的方式包括滴加。优选的，所述反应的温度为80～140℃；所述反应的时间为8～48h；所述反应的方式包括热回流反应或油浴反应。优选的，所述步骤C)之后还包括：D)在保护性气氛的条件下，将上述步骤得到的二氧化硅/石墨烯类复合材料进行热处理后，得到二氧化硅/石墨烯复合材料。优选的，所述热处理的温度为300～600℃；所述保护性气氛包括氮气、惰性气体、氢气和氨气中的一种或多种；所述后处理包括洗涤、分离和干燥中的一种或多种；所述干燥的温度为40～120℃。本专利技术还提供了一种二氧化硅/石墨烯类复合材料，包括石墨烯类材料，以及复合在所述石墨烯类材料表面的二氧化硅薄层；所述石墨烯类材料包括石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的一种或多种。优选的，所述二氧化硅薄层的厚度为10～150nm；所述石墨烯类材料的片径为10～30μm；所述石墨烯类材料的厚度为5～100nm；所述石墨烯类材料与所述二氧化硅的质量比为(0.5～20)：1。本专利技术提供了一种二氧化硅/石墨烯类复合材料的制备方法，包括以下步骤，首先将氧化石墨烯分散液、碱和表面活性剂混合后，得到混合液；然后将上述步骤得到的混合液升温后，加入硅源后继续混合，再次升温后进行反应，得到反应液；最后将上述步骤得到的反应液进行后处理后，得到二氧化硅/石墨烯类复合材料。与现有技术相比，本专利技术针对现有的石墨烯类材料还存在容易发生积聚沉淀，不容易在水系中稳定分散，极易团聚的缺陷，而现有的机械研磨、添加表面活性剂或表面化学修饰等方法和路线，均存在难以避免的缺点的问题。本专利技术创造性的采用二氧化硅与石墨烯类材料进行复合，解决了石墨烯类材料的团聚问题，而且本专利技术还可以得到同时含有石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯共存的二氧化硅/石墨烯类复合材料。本专利技术又针对现有的二氧化硅/石墨烯复合材料及制备方法，不仅在制备过程中存在有机反应体系以及水合肼还原剂，易造成环境污染和生产安全的问题；而且制备的材料不能很好的用于解决石墨烯在后续应用中的团聚的缺陷。本专利技术创造性的提供了一种二氧化硅/石墨烯类复合材料的制备方法，能够在温和无毒的条件下，在石墨烯表面沉积二氧化硅薄层，阻碍了石墨烯片层之间的π-π堆叠作用，实现了石墨烯片的均匀分散。同时二氧化硅用途广泛，可作为涂料和橡胶制备过程中的填料，本专利技术提供的二氧化硅/石墨烯类复合材料，更解决石墨烯类材料在上述领域的应用，避免了对石墨烯的下游应用的影响，在防腐涂料，耐磨橡胶，催化剂等领域具有良好的应用前景有较大的工业化应用前景。实验结果表明，相比普通的石墨烯材料，本专利技术制备的二氧化硅/石墨烯类复合材料具有良好的分散性质，能够有效阻止石墨烯片层之间的团聚。附图说明图1为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化硅/石墨烯类复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将氧化石墨烯分散液、碱和表面活性剂混合后，得到混合液；B)将上述步骤得到的混合液升温后，加入硅源后继续混合，再次升温后进行反应，得到反应液；C)将上述步骤得到的反应液进行后处理后，得到二氧化硅/石墨烯类复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅/石墨烯类复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将氧化石墨烯分散液、碱和表面活性剂混合后，得到混合液；B)将上述步骤得到的混合液升温后，加入硅源后继续混合，再次升温后进行反应，得到反应液；C)将上述步骤得到的反应液进行后处理后，得到二氧化硅/石墨烯类复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、浓氨水、尿素、碳酸钠和四丙基氢氧化铵中的一种或多种；所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂；所述石墨烯类材料包括石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的质量浓度为0.03％～0.9％；所述表面活性剂与所述氧化石墨烯的质量比为(1～15)：1；所述碱在混合液中的质量浓度为0.04％～2％；所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基溴化吡啶、P123和Brij700中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合的时间为30～180min；所述升温的温度为35～60℃；所述继续混合的时间为60～180min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅源包括正硅酸四乙酯、正硅酸四丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永彬，张在忠，岳利，吴开付，程金杰，
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