一种利用重氮盐实现单层石墨烯膜共价修饰的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用重氮盐实现单层石墨烯膜共价修饰的方法，该方法包括单层石墨烯的转移与预处理：利用PMMA作为中间衬底，先去除单层石墨烯的Cu基底，然后在纯水中转移到目标衬底上,最后去除PMMA并清洗晾干样品即可；重氮盐处理：配置适量浓度的重氮盐溶液，将置于衬底上的单层石墨烯浸泡在溶液中，根据目标要求对单层石墨烯进行重氮盐修饰。本发明专利技术的重氮盐修饰的单层石墨烯是一种共价修饰方式并通过引入化学基团实现功能化调控，相较于已有的技术方案，重氮盐修饰具有牢固精确，条件温和，广泛的表面基团选择范围和大规模制备实用性的特点，这些特性将从根本上改变高质量单层石墨烯不能充分发挥其优异的理化特性，从而提升应用范围。升应用范围。升应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种利用重氮盐实现单层石墨烯膜共价修饰的方法


[0001]本申请属于石墨稀领域，具体涉及一种利用重氮盐实现单层石墨烯膜共价修饰的方法。

技术介绍

[0002]石墨烯作为已被广泛研究的二维材料具有许多优异的性能，如高导电性、高模量、高导热性等，尤其是其亚纳米级别的厚度和高度有序的化学结构。然而完整的单层石墨烯的应用通常局限于电子器件的构建，这是由于石墨烯本身缺乏其他应用所需的功能化化学结构和基团。相较于单层石墨烯，氧化还原石墨烯纳米片层由于其制备过程中引入了大量的氧化基团而易于分散或溶解，且其尺寸更接近于芳香族小分子，因此可以进行有机化学相关的化学修饰。然而此类氧化还原石墨烯的化学结构缺乏可控性，通常只能用于层状结构的重构多层结构薄膜。因此，实现单层石墨烯功能化修饰具有广泛的应用前景。现有的单层石墨烯膜的修饰技术主要集中在等离子体轰击，化学刻蚀，离子辐射等修饰方法，这些方法可以控制强度（改变时间，功率，浓度），但是具体在石墨烯片层上造成的缺陷不可控，缺乏可调节性。
[0003]目前，现有技术主要集中在等离子体轰击，化学刻蚀，离子辐射等修饰方法，这些方法可以通过改变时间，功率，浓度等参数实现一定的功能化，但是存在许多限制。例如：1.通过等离子体轰击、反应离子刻蚀、电子束轰击等方法改性单层石墨烯存在局限，这些方法容易造成石墨烯结构的破坏，导致这些缺陷边缘的化学稳定性大幅度降低，缺陷会在运行过程中进一步扩大直至完全丧失性能；2.现有的这类技术缺乏可控的引入特定基团和精确控制修饰密度的方法；3.在使用此类方法改性单层石墨烯作为选择透过性薄膜的方法中，其孔径分布难以调控，孔径大小也无法达到离子或小分子尺度，难以实现更高的选择性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种利用重氮盐实现单层石墨烯膜共价修饰的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种利用重氮盐实现单层石墨烯膜共价修饰的方法，该方法包括以下步骤：步骤一、单层石墨烯的转移与预处理：利用PMMA作为中间衬底，先去除单层石墨烯的Cu基底，然后在纯水中转移到目标衬底上,最后去除PMMA并清洗晾干样品即可；步骤二、重氮盐处理：配置适量浓度的重氮盐溶液，将置于衬底上的单层石墨烯浸泡在溶液中，根据目标要求对单层石墨烯进行重氮盐修饰。
[0006]一种利用重氮盐实现单层石墨烯膜共价修饰的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、单层石墨烯预处理；将单层石墨烯连同基底作为工作电极连接进电路，对电极为标准铂电极，参比电极为标准Ag/AgCl电极；步骤二、重氮盐处理；选择所需的重氮盐溶液作为反应液，采用循环伏安法，选用适当的电压范围，使重氮盐在单层石墨烯表面发生还原反应起到修饰作用。
[0007]作为本申请的一种优选方案，所述单层石墨烯采用化学气相沉积形成的石墨烯或机械剥离的一层碳原子形成的石墨烯。
[0008]作为本申请的一种优选方案，所述衬底采用多孔支撑材料。
[0009]作为本申请的一种优选方案，所述步骤二中的重氮盐溶液采用重氮盐酸性溶液。
[0010]作为本申请的一种优选方案，所述步骤二的修饰采用单侧重氮盐修饰或双侧重氮盐修饰。
[0011]作为本申请的一种优选方案，所述步骤一中的基底采用Cu、Ni或Ag等。
[0012]与现有技术相比，本申请的有益效果是：1.本专利技术的重氮盐修饰的单层石墨烯是一种共价修饰方式并通过引入化学基团实现功能化调控，相较于已有的技术方案，重氮盐修饰具有牢固精确，条件温和，广泛的表面基团选择范围和大规模制备实用性的特点，这些特性将从根本上改变高质量单层石墨烯不能充分发挥其优异的理化特性，从而提升应用范围；2.本专利技术选用重氮盐对单层石墨烯的碳原子间的化学键进行修饰，该条件更加温和，可设计性更强，可以通过调控反应时间、重氮盐的种类来控制石墨烯表面化学状态改变的程度，在实际应用中成本低，效率高，可以满足多种需求。
附图说明
[0013]图1为本申请涉及的重氮盐的种类示意图。
[0014]图2为本申请涉及的重氮盐与石墨烯的反应示意图。
[0015]图3为本申请涉及的应用及分离检测示意图。
[0016]图4为本申请涉及的原位溶液修饰示意图。
[0017]图5为本申请涉及的电化学修饰示意图。
实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]本专利技术的技术路线：单层石墨烯预处理（转移）—不同要求的重氮盐溶液中进行处理（处理时间、重氮盐浓度、重氮盐种类均可调节）—取出改性石墨烯膜。
[0020]参照图1，重氮盐的种类及选择：本专利技术提供的重氮盐是一类具有苯环与重氮基团的化合物，其中重氮基团的对位为功能化基团，邻、间位为辅助功能化基团。功能化基团根据不同的功能需求选择，例如，可
以选择酸/碱性基团（调节膜的酸碱性以实现进一步的化学反应）、吸/斥电子基团（调节膜极性）、配位化学基团（在膜上实现金属配位，实现催化性能等）、接枝基团（调整膜的电荷密度、机械性能、与聚合物链接等）。
[0021]参照图2，重氮盐与石墨烯的反应以及几种不同修饰途径接枝调整表面电荷密度，复合功能化，配位化学催化剂、磁性功能、机械功能：本专利技术提供的重氮盐与石墨烯的修饰途径主要有三类，重氮盐修饰单层石墨烯制备纳米孔石墨烯实现对不同物质的选择性；重氮盐不对称修饰单层石墨烯两侧，实现双侧异功能化；重氮盐接枝修饰石墨烯实现复合功能化（电性能、磁性能、机械性能、催化性能等）。
[0022]参照图3，选择透过性薄膜：本专利技术提供的重氮盐共价修饰单层石墨烯可以提高单层石墨烯膜对不同物质的选择性，可以应用在物质的分离检测中。例如调节重氮盐修饰密度，可以改变纳米孔的密度与大小，从而适应不同尺寸的物质分离。调节修饰单层石墨烯膜的重氮盐种类可以改变单层石墨烯表面的电荷性质，实现对不同离子的分离与检测。
实施例
[0023]一种利用重氮盐实现单层石墨烯膜共价修饰的方法，参照图4，采用原位法进行共价修饰：先将单层石墨烯进行转移与预处理：利用PMMA作为中间衬底（多孔支撑材料），先去除单层石墨烯的Cu基底，然后在纯水中转移到目标衬底上,最后去除PMMA并清洗晾干样品即可；使用重氮盐对单层石墨烯进行修饰：配置适量浓度的重氮盐酸性溶液，将置于衬底上的单层石墨烯浸泡在溶液中，然后根据目标要求对单层石墨烯进行单侧重氮盐修饰，从而得到共价修饰后的单层石墨烯膜。在本实施例中，单层石墨烯采用化学气相沉积形成的石墨烯。
实施例
[0024]本实施例与实施例一的区别在于：单层石墨烯采用机械剥离的一层碳原子形成的石墨烯；单层石墨烯可采用双侧重氮盐修饰。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用重氮盐实现单层石墨烯膜共价修饰的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、单层石墨烯的转移与预处理：利用PMMA作为中间衬底，先去除单层石墨烯的Cu基底，然后在纯水中转移到目标衬底上,最后去除PMMA并清洗晾干样品即可；步骤二、重氮盐处理：配置适量浓度的重氮盐溶液，将置于衬底上的单层石墨烯浸泡在溶液中，根据目标要求对单层石墨烯进行重氮盐修饰。2.一种利用重氮盐实现单层石墨烯膜共价修饰的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、单层石墨烯预处理；将单层石墨烯连同基底作为工作电极连接进电路，对电极为标准铂电极，参比电极为标准Ag/AgCl电极；步骤二、重氮盐处理；选择所需的重氮盐溶液作为反应液，采用循环伏安法，选用适当的电压范围，使重氮盐在单层石墨烯表面发生还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱慧慧，
申请(专利权)人：钱慧慧，
类型：发明
国别省市：