一种羧基改性石墨烯材料的制备方法技术

本发明专利技术属于石墨烯技术领域，具体涉及一种羧基改性石墨烯材料的制备方法，将天然石墨、碱金属和芳香族化合物催化剂在有机溶剂中进行恒温反应，制备石墨烯还原中间体，然后，将羧基化实际加入石墨烯还原中间体中恒温反应，经洗涤、过滤等简单处理得到羧基化石墨烯。本发明专利技术解决了现有石墨烯缺陷多的问题，以天然石墨为原料，采取石墨还原策略，制备得到的羧基化石墨烯晶格缺陷较少，具有高导电性。具有高导电性。具有高导电性。

【技术实现步骤摘要】
一种羧基改性石墨烯材料的制备方法


[0001]本专利技术属于石墨烯
，具体涉及一种羧基改性石墨烯材料的制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯的质量是决定其导电性和分散性的重要因素，一般来说，石墨烯的导电性与结构完整性有关，分散性则与功能化程度有关。高质量的石墨烯缺陷较少，因此具有高导电性和低分散性；而具有高功能化度的低质量石墨烯存在较多缺陷，因此具有高分散性和低导电性。这种悖论对需要兼具高导电性和分散性的石墨烯的应用造成了限制。尽管这方面的工作已经做了很多研究，但如何有效地制造兼具高导电性和高分散性的石墨烯仍然具有很大的挑战性。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种羧基改性石墨烯材料的制备方法，解决了现有石墨烯缺陷多的问题，以天然石墨为原料，采取石墨还原策略，制备得到的羧基化石墨烯晶格缺陷较少，具有高导电性。
[0004]为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：
[0005]一种羧基改性石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，将天然石墨、碱金属和芳香族化合物催化剂加入有机溶剂中，恒温反应直至体系由黑色变成黄绿色，得到石墨烯还原中间体；
[0007]步骤2，将羧基化试剂加入至石墨烯还原中间体中恒温反应，经洗涤、过滤等简单处理后得到羧基化石墨烯。
[0008]所述天然石墨为鳞片石墨或块状石墨。
[0009]所述芳香族化合物催化剂采用如下结构中的一种：
[0010]其中，式中R1、R2、R3和R4彼此相同或不同，在各个情况下，独立地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基；
[0011]其中，式中R1、R2、R3和R4彼此相同或不同，在各个情况下，独立地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基；
[0012]其中，式中R1和R2彼此相同或不同，在各个情况下，独立地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基；
[0013]其中，式中R1、R2和R3彼此相同或不同，在各个情况下，独立地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基、烷氧基。
[0014]所述碱金属采用第一主族的Li、Na、K、Cs等碱金属以及钠钾合金中的一种。
[0015]所述溶剂采用如下结构中的一种，
[0016][0017]其中，式中R1、R2和R3彼此相同或不同，在各个情况下，独地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基、烷氧基；
[0018]其中，式中R1、R2、R3、R4和R5彼此相同或不同，在各个情况下，独立地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基、烷氧基；
[0019]其中，式中n、m彼此相同或不同，为1
‑
3的整数，系连接烷烃基团单元的个数。
[0020]所述天然石墨、碱金属和芳香族化合物催化剂的质量比满足如下条件：
[0021]天然石墨:芳香族化合物＝1:1
‑
10；
[0022]天然石墨:金属＝2
‑
15:1；
[0023]芳香族化合物:金属＝3
‑
15:1。
[0024]所述步骤1中的恒温反应的温度为10
‑
120℃，时间为0.5
‑
100h。
[0025]所述羧基化试剂选择如下结构中的一种：
[0026]其中，式中R为C1
‑
C9烷烃基；X为F、Cl、Br、I等卤素原子；
[0027]其中，式中R为C1～C9烷烃基；X为F、Cl、Br、I等卤素原子；n为1～4的整数，系连接亚甲基基团单元的个数；
[0028]其中，式中R为C1～C2烷烃基；
[0029]其中，式中R1和R2彼此相同或不同，在各个情况下，独立地选自
C1～C4烷烃基；
[0030]其中，式中X为F、Cl、Br、I等卤素原子；R为C1～C6烷烃基；
[0031][0032]所述步骤2的恒温反应的温度为室温，时间为0.5
‑
100h。
[0033]从以上描述可以看出，本专利技术具备以下优点：
[0034]1.本专利技术解决了现有石墨烯缺陷多的问题，以天然石墨为原料，采取石墨还原策略，制备得到的羧基化石墨烯晶格缺陷较少，具有高导电性。
[0035]2.本专利技术在石墨上引入羧酸根基团，制备得到的羧基化石墨烯在具有高导电性的同时又兼具高分散性等特性。
[0036]3.本专利技术是由石墨还原制备高导电羧基化石墨烯的方法，其具有可高效制备大规模兼具高分散性以及高导电性的羧基化石墨烯的特点。
[0037]4.本专利技术以天然石墨为原料，成本低廉。
附图说明
[0038]图1为本专利技术实施例1得到的羧基化石墨烯的低倍率TEM、HRTEM、电子衍射图。
[0039]图2为本专利技术实施例1得到的羧基化石墨烯的Raman谱图。
[0040]图3为本专利技术实施例1得到的羧基化石墨烯(左)与天然石墨(右)分散在水中静置不同时间时的分散状态图。
[0041]图4为本专利技术实施例2得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0042]图5为本专利技术实施例3得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0043]图6为本专利技术实施例4得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0044]图7为本专利技术实施例5得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0045]图8为本专利技术实施例6得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0046]图9为本专利技术实施例7得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0047]图10为本专利技术实施例8得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0048]图11为本专利技术实施例9得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0049]图12为本专利技术实施例10得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0050]图13为本专利技术实施例11得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0051]图14为本专利技术实施例12得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0052]图15为本专利技术实施例13得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0053]图16为本专利技术实施例14得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
[0054]图17为本专利技术实施例15得到的羧基化石墨烯的Raman谱图和低倍率TEM图。
具体实施方式
[0055]结合图1至图17，详细说明本专利技术的一个具体实施例，但不对本专利技术的权利要求做
任何限定。
[0056]实施例1：
[0057]一种羧基改性石墨烯材料的制备方法，包括
[0058]步骤1，将2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种羧基改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，将天然石墨、碱金属和芳香族化合物催化剂加入有机溶剂中，恒温反应直至体系由黑色变成黄绿色，得到石墨烯还原中间体；步骤2，将羧基化试剂加入至石墨烯还原中间体中恒温反应，经洗涤、过滤等简单处理后得到羧基化石墨烯。2.根据权利要求1所述的羧基改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于：所述天然石墨为鳞片石墨或块状石墨。3.根据权利要求1所述的羧基改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于：所述芳香族化合物催化剂采用如下结构中的一种：其中，式中R1、R2、R3和R4彼此相同或不同，在各个情况下，独立地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基；其中，式中R1、R2、R3和R4彼此相同或不同，在各个情况下，独立地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基；其中，式中R1和R2彼此相同或不同，在各个情况下，独立地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基；
其中，式中R1、R2和R3彼此相同或不同，在各个情况下，独立地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基、烷氧基。4.根据权利要求1所述的羧基改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于：所述碱金属采用第一主族的Li、Na、K、Cs等碱金属以及钠钾合金中的一种。5.根据权利要求1所述的羧基改性石墨烯材料的制备方法，其特征在于：所述溶剂采用如下结构中的一种，如下结构中的一种，其中，式中R1、R2和R3彼此相同或不同，在各个情况下，独地选自氢原子、C1
‑
C4烷烃基、烷氧基；其中，式中R1、R2、R...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵福刚，许永奇，刘拿兴，
申请(专利权)人：浙江理工大学龙港研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：