[发明专利]一种水溶性石墨烯的制备方法

摘要

一种水溶性石墨烯的制备方法，包括以下步骤：（1）氧化石墨烯的制备；（2）氧化石墨烯的还原；（3）石墨烯的羟基化；（4）石墨烯接枝环氧基；（5）磺酸化石墨烯的制备。本发明方法在石墨烯上引入磺酸基团能有效地防止石墨烯在水溶液中发生集聚现象，改善石墨烯的水溶性，环保无污染。分散实验结果表明；所制备的石墨烯在不添加任何表面活性剂的中性水溶液情况下可以稳定分散，6个月未见分层,其浓度为0.1 mg/mL；此外，电性能测试表明；所制备的石墨烯薄膜材料导电率可高达1300 S/m，比通过非共价键石墨烯制备的薄膜导电率要高。对石墨烯表面进行改性获得的产品可运用于生物医疗、电极材料和能源方面等复合材料。

主权项

 一种水溶性石墨烯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）氧化石墨，将干燥好的鳞片石墨加入到硝酸钾和浓硫酸的混合物中，超声混合均匀，冰水浴中搅拌并缓慢加入高锰酸钾；随之体系温度升至35～45℃，高速搅拌6 h；随之缓慢加入蒸馏水，体系升温至60～80℃并反应半小时；再向体系中加入蒸馏水和双氧水（质量百分浓度为30%）并反应5分钟，得到亮黄色的氧化石墨烯母液；蒸馏水离心洗涤pH=6～8，得到纯净的氧化石墨，在其中加入十二烷基苯磺酸钠，超声混合均匀，即得到氧化石墨烯凝胶；按照鳞片石墨烯：硝酸钾：高锰酸钾：浓硫酸：蒸馏水：双氧水用量比为1 g:（1.0～1.8 g）:6 g:（30～60 mL）:180 mL:6 mL加入；（2）还原石墨烯，取一定浓度的氧化石墨烯悬浮液，剧烈搅拌下加入水合肼，80℃水浴中回流6～12 h，反应完成冷却至室温，过滤，无水乙醇多次洗涤，烘干得到纯净的还原石墨烯；按照氧化石墨烯水悬浮液：水合肼体积比为30 mL:(60～80 mL)加入；（3）有机化石墨烯，取石墨烯、二羟基苯甲醛、甲氨基乙酸加入到DMF中，超声分散均匀，在油浴110～130℃下搅拌回流反应，趁热离心，无水乙醇反复洗涤，烘干，得到有机化的石墨烯；按照石墨烯：二羟基苯甲醛：甲氨基乙酸质量比为1 g：（0.1～0.4 g）:（0.1～0.4 g）加入；（4）环氧基化石墨烯，氮气保护下将羟基化石墨烯、Y‑缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷（KH560）溶解在乙醇，超声混合均匀，室温放置反应15～24 h，超声作用下用乙醇洗涤除去未反应完全的KH560；氮气保护下分离环氧基化石墨烯，过滤，甲醇反复冲洗；按照羟基化石墨烯：KH560质量比0.1 g:（0.5～2.0 g）加入原料；（5）磺酸化石墨烯，有以下两种方法：第一种方法：是将带有环氧基团的石墨烯和蒸馏水加入到容器中，超声混合均匀；油浴搅拌下加入氢氧化钾和对氨基苯磺酸，室温下反应30 min，升温至80℃下反应24 h；反应混合物用0.22微米PTFE膜过滤，蒸馏水洗涤，真空干燥得到目标产物水溶性石墨烯；按照带有磺酸基团的石墨烯：氢氧化钾：对氨基苯磺酸质量比为0.06 g:0.14 g: (0.025～0.04 g)加入原料；第二种方法：是使带有环氧基的石墨烯在反应脱水剂二环己基碳二亚胺（DCC）和溶剂N，N‑二甲基甲酰胺（DMF）下与对氨基苯磺酸反应制备水溶性石墨烯，其它的与第一种方法相同。