多孔石墨烯衍生物及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种多孔石墨烯衍生物及其制备方法，属于石墨烯材料技术领域。在缓冲溶液中，将石墨烯衍生物与生物降解物分散混合，在能够满足所述生物降解物活性的温度、压力环境下，搅拌预定时间；得到的混合物依次经离心洗涤和干燥步骤，得到多孔石墨烯衍生物。通过生物降解的手段制得具有不同孔洞大小、不同孔洞分布、不同孔洞含量、不同含氧官能团的多孔石墨烯衍生物，该工艺流程简单安全，在常温常压下进行，对设备要求低，绿色环保，稳定可控，适合大规模生产多孔石墨烯衍生物。

【技术实现步骤摘要】
多孔石墨烯衍生物及其制备方法
本专利技术属于石墨烯材料
，具体涉及一种多孔石墨烯衍生物及其制备方法。
技术介绍
石墨烯衍生物（如氧化石墨烯、碳纳米管等）具有优异的导电导热性、良好的热稳定性、高强度等性质，在电子、传感器和能量储存等方面具有重要的应用前景。石墨烯（Graphene）是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构，由六边形晶格组成，理论比表面积高达2.6×102m2/g。石墨烯具有优异的导热性能(3×103W/(m•K)和力学性能(1.06×103GPa)。此外，石墨烯稳定的正六边形晶格结构使其具有优良的导电性，室温下的电子迁移率高达1.5×104cm2/(V·s)。碳纳米管因其众多优点在工业发展中具有着广泛的前景，比如其导电性等于或好于铜；拉强度范围为200MPa～1GPa，且电导率大约2×106S/m；强度能与钢媲美；重量比铝更轻；这些优点展现了其在轻质导体/电缆、电磁干扰屏蔽、接地装置、光保护等方面将有极大的应用。为了能使碳纳米管在现实生活得以真正的应用，碳纳米管必须以一个完整的、宏观的产品形式出现，尤其最好能制备出织布状与纺丝状的实际材料，即碳纳米线。石墨烯衍生物优异的性能与其比表面积、表面活性位点数量密切相关，然而，层与层之间强的π-π堆积和范德华力作用力，使得石墨烯及其衍生物倾向于形成不可逆的聚集体，甚至重新堆叠形成石墨，不仅导致其表面积显著减少，还会阻碍其他物质如电解质离子进入碳原子片层中，严重影响其性能。人们尝试在其表面建造多孔结构的方式来解决这一问题，研究发现，多孔石墨烯由于面内不同尺寸孔洞的引入，避免了团聚造成的不利影响。介孔和大孔可以促进物质的渗透和输运，而微孔则有利于比表面积的提高。纳米孔结构的引入，使得石墨烯具有高的比表面积、丰富的传质通道、可调控的能带隙、高的孔边缘活性、透气性、良好的机械稳定性以及生物化学传感等特性。此外，石墨烯基面上分布的纳米孔缺陷与金属基体形成MgO、CuO等氧化物或CrC3等碳化物，相比于表面完整石墨烯仅在其边缘处形成少量的界面产物，多孔石墨烯能显著发挥载荷传递强化效率。因而，研究石墨烯富孔洞缺陷工程调控具有重要的理论和实际意义。目前，石墨烯衍生物表面多孔结构的的制造方法主要有以下几种：水热法或者溶剂热法：在特定的高温高压反应釜中，利用水溶液或有机溶液作为反应体系，添加氧化剂，将其加热至一定温度，在体系中再进行材料合成的方法。光刻蚀法：利用高能的电子束、离子束或者光子束轰击石墨稀片层，用电子、离子或光子把碳原子从晶格中轰击出来，从而形成孔洞结构缺陷的方法。碳热还原法：是将石墨烯衍生物中的碳作为还原剂，还原金属氧化物得到金属单质，而碳原子在此过程中被刻蚀，从而在其片层上刻蚀出纳米级的孔隙，形成多孔结构。模板法：以具有微孔或介孔结构的有机或无机纳米材料为模板构型来控制修饰材料的形貌，从而改变材料特性的一种合成方法。湿法刻蚀法：利用蚀刻剂KOH与石墨烯衍生物之间的化学反应溶解薄膜，进而形成刻蚀，形成多孔石墨烯衍生物。化学气相沉积法（CVD）：一般是使用图案化的氧化铝对铜箔掩模，采用无障碍引导CVD刻蚀法，在铜箔表面生成多孔石墨烯衍生物。然而，就以上几种方法而言，普遍存在着对设备要求高、工艺复杂、实验废液会污染环境、可控性及可重复性差等问题。例如，水热法要在高温高压的环境中反应，有一定的危险性，需要特定的高温高压反应釜。光刻蚀法对设备的要求高，每一次离子束轰击的石墨烯片层仅几十纳米，不能够批量制备。碳热还原法工艺操作难度高，制备出多孔石墨烯衍生物与金属粉末混合在一起，产物难以收集。模板法工艺复杂，模板制备过程繁琐。湿法刻蚀法会产生实验废液，且刻蚀出的孔径可控性差。化学气相沉积法对设备要求较高，工艺复杂，过程繁琐，可重复性难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种多孔石墨烯衍生物的制备方法，以解决现有技术中存在的多孔石墨烯衍生物的制备过程中对对设备要求高、工艺复杂、可控性及可重复性差的技术问题。本专利技术还提供一种采用上述多孔石墨烯衍生物的制备方法制备得到的多孔石墨烯衍生物。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多孔石墨烯衍生物的制备方法，在缓冲溶液中，将石墨烯衍生物与生物降解物分散混合，在能够满足所述生物降解物活性的温度、压力环境下，搅拌预定时间；得到的混合物依次经离心洗涤和干燥步骤，得到多孔石墨烯衍生物。优选地，包括以下步骤：a.配置缓冲溶液；b.将石墨烯衍生物加入所述缓冲溶液中，并搅拌，使石墨烯衍生物均匀分散于缓冲溶液中，得到混合液A；c.向混合液A中加入生物降解物，并使所述生物降解物活化；d.搅拌孵育：在能够满足所述生物降解物活性的温度、压力环境下，搅拌预定时间，得到降解产物混合液B；e.对降解产物混合液B进行离心洗涤，至溶液呈中性，保留离心洗涤后的固体物质C；f.对固体物质C进行干燥，得到产物多孔石墨烯衍生物。优选地，所述缓冲溶液为磷酸钠溶液或磷酸盐缓冲液，所述磷酸盐缓冲液由去离子水、氯化钠、二水合磷酸钠及乙二胺四乙酸二钠配置而成。优选地，所述石墨烯衍生物包括石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管及富勒烯中的至少一种。优选地，所述生物降解物为人髓过氧化物酶，此时，步骤c中，具体地：向混合液A中分批次加入人髓过氧化物酶，并分批次加入过氧化氢溶液。优选地，每间隔1h～3h补加一次过氧化氢溶液，每间隔3h～10h补加一次人髓过氧化物酶。优选地，每次加入的人髓过氧化物酶的重量与石墨烯衍生物的重量的比为（1～2）:1。优选地，所述生物降解物为人嗜中性粒细胞液，此时，步骤c中，具体地：采用磷酸钠溶液、N-甲酰基-甲硫酰基-亮氨酰-苯丙氨酸及细胞松弛素B配制细胞活化液，将新鲜分离的人嗜中性粒细胞液置于细胞活化液中，静置使细胞活化；并将活化后的人嗜中性粒细胞液一次性加入混合液A中。优选地，每1重量份的石墨烯衍生物对应加入50～120体积份的人嗜中性粒细胞液。一种多孔石墨烯衍生物，采用如上所述的多孔石墨烯衍生物的制备方法制备所得。本专利技术采用上述技术方案，其有益效果在于：以石墨烯衍生物为原料，以生物降解物为反应剂，通过生物降解的手段制得具有不同孔洞大小、不同孔洞分布、不同孔洞含量、不同含氧官能团的多孔石墨烯衍生物，该多孔石墨烯衍生物具有开孔孔径较小，且表面缺陷程度较小的特点。该工艺流程简单安全，在常温常压下进行，对设备要求低，绿色环保，稳定可控，适合大规模生产多孔石墨烯衍生物。附图说明图1为多孔石墨烯衍生物的制备方法的示意图。图2为多孔石墨烯衍生物的制备方法的方法流程图。图3为一实施例中所制备的多孔石墨烯衍生物的XRD图。图4为一实施例中所制备的多孔石墨烯衍生物的孔径尺寸及数量分布图。图5为一实施例中所制备的多孔石墨烯衍生物的TEM图（c）和HRTEM图（d）。图6为一实施例中所制备的多孔石墨烯衍生物的的拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔石墨烯衍生物的制备方法，其特征在于，在缓冲溶液中，将石墨烯衍生物与生物降解物分散混合，在能够满足所述生物降解物活性的温度、压力环境下，搅拌预定时间；得到的混合物依次经离心洗涤和干燥步骤，得到多孔石墨烯衍生物。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔石墨烯衍生物的制备方法，其特征在于，在缓冲溶液中，将石墨烯衍生物与生物降解物分散混合，在能够满足所述生物降解物活性的温度、压力环境下，搅拌预定时间；得到的混合物依次经离心洗涤和干燥步骤，得到多孔石墨烯衍生物。


2.如权利要求1所述的多孔石墨烯衍生物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.配置缓冲溶液；
b.将石墨烯衍生物加入所述缓冲溶液中，并搅拌，使石墨烯衍生物均匀分散于缓冲溶液中，得到混合液A；
c.向混合液A中加入生物降解物，并使所述生物降解物活化；
d.搅拌孵育：在能够满足所述生物降解物活性的温度、压力环境下，搅拌预定时间，得到降解产物混合液B；
e.对降解产物混合液B进行离心洗涤，至溶液呈中性，保留离心洗涤后的固体物质C；
f.对固体物质C进行干燥，得到产物多孔石墨烯衍生物。


3.如权利要求1或2所述的多孔石墨烯衍生物的制备方法，其特征在于，所述缓冲溶液为磷酸钠溶液或磷酸盐缓冲液，所述磷酸盐缓冲液由去离子水、氯化钠、二水合磷酸钠及乙二胺四乙酸二钠配置而成。


4.如权利要求1或2所述的多孔石墨烯衍生物的制备方法，其特征在于，所述石墨烯衍生物包括石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管及富勒烯中的至少一种。

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【专利技术属性】
技术研发人员：李普博，陈路尧，李彦琪，尹一丞，高忙忙，梁森，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64