一种磁性石墨烯的化学制备方法，它涉及磁性石墨烯的制备方法。本发明专利技术要解决现有合成方法存在反应过程中有毒、危害环境、不能进行规模化生产及磁性石墨烯中磁性纳米粒子形貌、大小、磁性不可控，磁性石墨烯不能在水中分散的问题。方法：一、制备氨基化Fe3O4磁性纳米粒子；二、制备石墨烯；三、通过化学反应制备磁性石墨烯。本发明专利技术不需要高温、高压，设备简单，工艺成本低、环保无污染，所合成的磁性纳米粒子粒径均一，通过改变反应条件，可以实现磁性纳米粒子的可控生长，所合成的磁性石墨烯稀的溶解度为0.8～1.2mg/ml，能够稳定的分散在水中，1～2个月不出现沉淀。本发明专利技术所制备的石墨烯用于生物医药、能源和电子等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁性石墨烯的制备方法。
技术介绍
磁性材料是古 老而应用广泛的功能材料，磁性纳米粒子制备改性的研究一直是科学家研究的热点，广泛的涉及到各个领域的应用，尤其在生物医药，生物传感器，航天航空，电子信息等各个领域(Behrens. S, Nanoscale, 2011, 3,877-892)。小于20nm磁性纳米粒子在室温的状态下具有超磁性，在外磁场的作用下产生磁相应，根据这些特性，磁性分离、磁性监测、核磁共振、药物的祀向携带和释放(Hou. Y. L, Sun. S. H, Adv. Mater, 2010, 22,2729-2742)。由于I-IOOnm的磁性纳米粒子有较大的表面活性和磁之间的相互作用及其容易团聚，导致磁性纳米粒子不容易分散，因而合成的磁性纳米粒子后改性，使其得到稳定的和易分散的磁性纳米粒子是当前研究的热点。现在合成磁性纳米粒子的方法很多，分别有水热法、共沉淀法、乳液法等等。1981年，Massart首次将氯化铁和氯化亚铁的混和溶液滴入氨水中获得四氧化三铁颗粒，经过离心或磁性分离后分散在碱性或酸性水溶液中。Stroeve等将铁盐溶液滴入NaOH溶液中获得四氧化三铁颗粒，加入稀盐酸溶液使之分散，获得近透明的胶体溶液，Markovich等在80°C下用铁盐溶液和氨水的共沉淀法制备了 Fe3O4和CoFe2O4纳米颗粒，并加入油酸后转移至甲苯溶液中，采用不良溶剂进行粒度筛选而获得了粒径均一的油溶性纳米颗粒。共沉淀法制备铁的氧化物颗粒是一种操作简单，产量大的方法，也是最早发展起来的制备纳米颗粒的方法之一。但在不额外加入表面活性剂或进行粒径筛选的情况下，很难稳定存在或获得粒度分布均一的颗粒，并且需要对反应条件如温度、浓度、搅拌速度、滴加方式及反应时间进行严格的控制，才可获得较纯的产物。石墨烯是本世纪科学界最为关注的材料热点之一，自2004年英国曼彻斯特大学的Andre Geim教授与Kostya Novoselov首次采用胶带剥离得到石墨烯(Graphene, GN)以来，2010年英国两位化学家因此获得诺贝尔物理奖，石墨烯成为继富勒烯与碳纳米管之后的又一个重大的发现(Science, 2004, 306,666-669)。石墨烯是一种二维的由六兀环堆积而成的碳材料。每个碳原子均为Sp2杂化，p轨道剩余的一个电子形成大的共轭体系及大的轨道，并且电子可以在轨道自由移动(Angew. Chem.，Int. Ed.，2009，48，7752-7777)。石墨烯具有良好的导电性、机械强度、催化性能、光学性能、吸附性能，另外石墨烯有良好的导热性能和很高的透明度，目前石墨烯是是已知材料中最轻、强度最大的材料(C. Lee,X. Wei,J. ff. Kysar and J. Hone,Science, 2008, 321, 385-388 ；Y.Zhang,Y.-ff. Tan,H. L. Stormer andP. Kim, Nature，2005，438，201-204)。由于这些物理性能，石墨烯被广泛应用在各个领域，如传感器、医药工程、催化、能源(0. C. Compton and S. T. Nguyen, Small, 2010,6, 711-723.S.Park and R. S. Ruoff, Nat. Nanotechnol.，2009,4, 217-224)。将磁性纳米粒子Fe3O4与石墨烯的优良特性结合在一起，形成磁性石墨烯，并把这一复合材料应用在生物医学、生物传感、电子信息、生物医学影像、能源和航天领域，是近几年科学界研究的热点(Yan. Q. Y，J. Mater. Chem.，2011，21，3422-3427 ；Cao, M. H，Ren, L,J. Phys. Chem. C 2011，115，14469-14477)。磁性石墨烯的合成，合成方法主要采用原位合成法和异位合成法。原位合成是在氧化石墨烯的基础上直接加入FeCl3 6H20,并在加入还原剂水合肼或其他还原剂(醋酸钠和聚乙二醇)，直接还原成磁性石墨烯(Cao, M. H, Ren, L, J. Phys.Chem. C2011，115，14469-14477 ;Zhu，Y. H，New J. Chem.，2010，34，2950-2955)，此方法合成的磁性纳米粒子的粒径和磁性强度不可控，同时此方法多采用的高温反应，还原的石墨烯的还原层度预先也不知道。异位合成主要采用的有物理合成和化学合成两种方法物理合成是采用物理方法进行，将预先合成的磁性纳米粒子与氧化石墨烯或石墨烯直接通过搅拌，形成磁性石墨烯，所合成的磁性石墨烯粒子分布不够均勻(Yan,L. F,Adv.Mater. 2011，23，5679-5683)。化学方法合成所合成的磁性石墨烯，是预先制备磁性纳米粒子Fe3O4和石墨烯通过化学反应结合，但现有的方法基本都采用高温反应制备，所合成的磁性石墨烯溶解性小。现有的合成磁性石墨烯的方法存在的主要难点是I.合成的磁性纳米粒子形貌、大小不可控，磁性不可控；2.合成多数采用水合肼等物质参与反应，反应有毒，不能进行规模化生产3.合成的磁性石墨烯不能在水中分散。
技术实现思路
本专利技术要解决现有合成方法存在反应过程中有毒、危害环境、不能进行规模化生产及磁性石墨烯中磁性纳米粒子形貌、大小、磁性不可控,磁性石墨烯不能在水中分散的问题，而提供。本专利技术磁性石墨烯的化学制备方法按以下步骤进行一、制备氨基化Fe3O4磁性纳米粒子a、称取 FeCl2 4H20、FeCl3 6H20、去离子水和 HCl 溶液，其中 FeCl2 4H20 与FeCl3 6H20的物质的量的比例是I : (I. 5 3. 0) ；FeCl2 4H20与去离子水的比例是Imol (100 200mL) ;FeCl2 *4H20 与 HCl 溶液的比例是 Imol (10 20L)，HCl 溶液的浓度是I 3mol/L ；b、将a中称取的FeCl2 4H20和FeCl3 6H20加入到a中称取的去离子水中，再加A a中称取的HCl溶液，搅拌均匀得到混合溶液；C、持续搅拌下，向步骤b得到的混合溶液中通入氮气，再加入氨水使混合溶液的pH值为9 12，在温度为30°C的条件下反应I 2h，然后升温至50°C反应0. 5 lh，所得产物用去离子水洗涤3 5次，再用无水乙醇洗涤3 5次，过滤所得沉淀置于40 60°C真空干燥箱中干燥24 36h，得到Fe3O4磁性纳米粒子；d、将步骤c所得的Fe3O4磁性纳米粒子超声30 60min后，置于装有去离子水和乙醇的混合溶液的烧杯中，持续搅拌下，升温至30 60°C，然后向烧杯中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，反应5 10h，所得产物用去离子水洗涤3 5次，再用无水乙醇洗涤3 5次，过滤所得沉淀置于40 60°C真空干燥箱中干燥24 36h，得到氨基化Fe3O4磁性纳米粒子；其中，Fe3O4磁性纳米粒子与去离子水和乙醇的混合溶液的比例是Img (5 IOmL);去离、子水和乙醇的混合溶液中去离子水和乙醇的体积比为I : 2 ;Fe304磁性纳米粒子与3-氨丙基三乙氧基硅烷的比例为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种磁性石墨烯的化学制备方法，其特征在于磁性石墨烯的化学制备方法按以下步骤进行 一、制备氨基化Fe3O4磁性纳米粒子a、称取FeCl2 *4H20,FeCl3 ·6Η20、去离子水和 HCl 溶液，其中 FeCl2 ·4Η20 与 FeCl3 ·6Η20的物质的量的比例是I : (1.5 3.0)疋ぱ12*4!120与去离子水的比例是111101 (100 200mL) ;FeCl2 ·4Η20与HCl溶液的比例是Imol (10 20L)，HCl溶液的浓度是I 3mol/L ； b、将a中称取的FeCl2· 4H20和FeCl3 · 6H20加入到a中称取的去离子水中，再加入a中称取的HCl溶液，搅拌均匀得到混合溶液； C、持续搅拌下，向步骤b得到的混合溶液中通入氮气，再加入氨水使混合溶液的pH值为9 12，在温度为30°C的条件下反应I 2h，然后升温至50°C反应O. 5 lh，所得产物用去离子水洗涤3 5次，再用无水こ醇洗涤3 5次，过滤所得沉淀置于40 60°C真空干燥箱中干燥24 36h，得到Fe3O4磁性纳米粒子； d、将步骤c所得的Fe3O4磁性纳米粒子超声30 60min后，置于装有去离子水和こ醇的混合溶液的烧杯中，持续搅拌下，升温至30 60°C，然后向烧杯中加入3-氨丙基三こ氧基硅烷，反应5 10h，所得产物用去离子水洗涤3 5次，再用无水こ醇洗涤3 5次，过滤所得沉淀置于40 60°C真空干燥箱中干燥24 36h，得到氨基化Fe3O4磁性纳米粒子；其中，Fe3O4磁性纳米粒子与去离子水和こ醇的混合溶液的比例是Img (5 IOmL);去离子水和こ醇的混合溶液中去离子水和こ醇的体积比为I : 2 ;Fe304磁性纳米粒子与3-氨丙基三こ氧基硅烷的比例为Img (O. 4 I. 6mL)； ニ、制备石墨烯 e、称取石墨粉、浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾、去离子水；其中石墨粉与浓硫酸的比例是Ig (20 80mL);石墨粉与硝酸钠的比例是Ig (O. 5 2. Og);石墨粉与高锰酸钾的比例是Ig (3 IOg);石墨粉与去离子水的比例是Ig (100 200mL);浓硫酸的质量分数为98% ； f、将干燥的烧杯置于冰浴中，向烧杯中加入步骤e中称取的石墨粉、浓硫酸和硝酸钠，搅拌混合均匀后，加入高锰酸钾，控制反应温度不超过10°C，持续磁力搅拌2 3h，完成石墨的剥离； g、将步骤f的烧杯转移至温度为30 50°C的水浴中，继续磁力搅拌，逐步加入部分步骤e中称取的去离子水，加入的体积为步骤e中称取的去离子水总体积的(1/6 1/2)，控制反应温度为30 50°C，水浴反应30 60min，然后逐步加入余下的步骤e中称取的去离子水，控制反应温度不超过98°C，水浴反应30 120min，得到棕褐色混合物，然后向烧杯中加入双氧水，至混合物的颜色由棕褐色变成亮黄色； h、用盐酸水溶液洗涤步骤g得到的亮黄色混合物，倾倒掉上层清液后，再用20 30°C去离子水过滤洗涤，所得沉淀在温度...
【专利技术属性】
技术研发人员：李欣，范秀娟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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