醇胺室温湿化学功能化石墨烯纳米材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种超分子杂化材料及其制备方法，特别是一种醇胺室温湿化学功能 化石墨稀纳米材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 石墨烯（Graphene)是一种由碳原子以Sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平 面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。2004年，Geim研宄小组通过机械剥离的方法成 功制备了单原子层厚的石墨稀。几年来，由于其优异的物化性能，使石墨烯及其功能化产物 很快成为物理学、化学、材料学领域的国际热点课题之一，在超级电容器，锂离子电池、传感 器及复合材料等领域已取得了瞩目的研宄成果。引入的功能化分子可以显著提高石墨烯的 热学、电学、光学及机械等性能。
[0003] 石墨烯表面的化学惰性及层间相互作用力，使其极易容易发生不可逆转的团聚。 不含有功能基团的石墨烯难溶于水及常用的有机溶剂，与其他介质（如溶剂等）的相互作 用较弱，进一步造成了其在研宄和应用上的困难。
[0004] 到目前为止，宏量制备石墨烯的方法除了价格昂贵的CVD方法，依然以化学方法 为主，并且分为共价修饰及非共价修饰两种。对于此两种策略，多以氧化石墨剥离后的氧化 石墨烯为前驱体。该中间体纳米材料因经过深度氧化法，在其表面和边缘引入了大量的羟 基，醚氧基，羧基等含氧功能基团。这些功能基团的存在提供了化学反应的活性位点，为引 入和锚定功能性分子起到了重要作用。氧化石墨烯的化学改性和功能化已成为关注焦点， 也是目前最重要和最具挑战的工作之一。
[0005] 有机功能化作为占有主导地位的方法，主要包括异氰酸酯法、硅烷化法、偶联剂 法、亲核取代、非共价自主装及相转移技术等。通过这些改性的方法可以破坏氧化石墨层之 间的氢键，使得改性后的氧化石墨烯能在有机溶剂中有很好的分散。（I.ZhangSP，Xiong PjYangXJ,WangX.NovelPEGfunctionalizedgraphenenanosheets:enhancement ofdispersibilityandthermalstability,Nanoscale, 2011,3 (5):2169-2174..2. CaoY，FengJ,WuP.Alkyl-functionalizedgraphenenanosheetswithimproved lipophilicity.Carbon2010, 48(5):1683-5.)
[0006] 在上述方法中，尽管石墨烯的两侧均有含氧基团，但是功能化过程中，依然存在功 能化程度受限的缺陷，且反应温度都比较高（70°c和140°C等），合成步骤操作繁琐，难于工 业化大规模生产。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有技术存在的反应温度高、操作繁琐等不足，提供一种醇胺功能化 石墨稀纳米材料。
[0008] 本发明的另一目的是提供一种醇胺功能化石墨烯纳米材料的制备方法，该方法无 需高温操作，无需高毒性的二氯亚砜，异氰酸酯，N，N-二环己基碳酰亚胺（DCC)等偶联剂。 而是科学综合利用亲核加成及超分子自组装技术，通过简单的搅拌，过滤等常规操作，在室 温下就可简单制备，同时实现在多种溶剂中的高效分散及热稳定性能提升。
[0009] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种醇胺室温湿化学功能化石墨烯纳米材 料，具有如下结构：
【主权项】
1. 一种醇胺室温湿化学功能化石墨稀纳米材料，其特征在于，所述纳米材料具有以下 结构：
2. 如仪利旻求1所还的醉肢至温湿化字功能化七墨烯納术柯科，具特祉在于，所还納 米材料由以下步骤制备： 步骤1、采用改性后的Hmnmers方法以天然石墨粉制备氧化石墨固体； 步骤2、制备氧化石墨稀DMF悬浮液； 步骤3、制备醇胺的有机溶液； 步骤4、将步骤3的溶液加入到步骤2的悬浮液中，室温搅拌； 步骤5、减压过滤、洗涤、干燥后即得到醇胺功能化石墨烯纳米材料。
3. 如权利要求2所述的醇胺室温湿化学功能化石墨稀纳米材料，其特征在于，步骤2中 所述的氧化石墨和DMF溶剂的比例为7. 5?15mg/mL，所述的制备条件为超声下，所述的超 声时间为6?10h。
4. 如权利要求2所述的醇胺室温湿化学功能化石墨稀纳米材料，其特征在于，步骤3中 所述的醇胺为乙醇胺、正丙醇胺或4-氨基-1- 丁醇，所述的有机溶剂为氯仿。
5. 如权利要求2或4所述的醇胺室温湿化学功能化石墨稀纳米材料，其特征在于，步 骤3中所述的醇胺与氧化石墨的质量比为1 :10?10 :1，醇胺与有机溶剂的比例为0.02? lg/mL〇
6. 如权利要求2所述的醇胺室温湿化学功能化石墨稀纳米材料，，其特征在于，步骤4 中所述的搅拌时间为1?4天。
7. -种醇胺室温湿化学功能化石墨稀纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤1、采用改性后的Hmnmers方法以天然石墨粉制备氧化石墨固体； 步骤2、制备氧化石墨稀DMF悬浮液； 步骤3、制备醇胺的有机溶液； 步骤4、将步骤3溶液加入到步骤2悬浮液中，室温搅拌； 步骤5、减压过滤、洗涤、干燥后即得到醇胺功能化石墨烯纳米材料。
8. 如权利要求7所述的醇胺室温湿化学功能化石墨稀纳米材料的制备方法，其特征在 于，步骤2中所述的氧化石墨和DMF溶剂的比例为7. 5?15mg/mL，所述的制备条件为超声 下，所述的超声时间为6?10h。
9. 如权利要求7所述的醇胺室温湿化学功能化石墨稀纳米材料的制备方法，其特征在 于，步骤3中所述的醇胺为乙醇胺、正丙醇胺或4-氨基-1- 丁醇，所述的有机溶剂为氯仿， 所述的醇胺与氧化石墨的质量比为1 :1〇?10 :1，醇胺与有机溶剂的比例为0.02?lg/mL。
10. 如权利要求7所述的醇胺室温湿化学功能化石墨稀纳米材料的制备方法，其特征 在于，步骤4中所述的室温搅拌时间为1?4天。
【专利摘要】本发明公开了一种醇胺室温湿化学功能化石墨烯纳米材料及其制备方法。该醇胺室温湿化学功能化石墨烯纳米材料是一种基于亲核开环加成共价合成及超分子自组装技术同步构建而成的纳米结构。制备过程主要包括氧化石墨的制备、氧化石墨烯的制备和醇胺功能化石墨烯纳米材料的制备三个步骤。相对于未修饰的氧化石墨烯，本发明合成的杂化材料可以很容易地分散于多种溶剂中，且热稳定性有很大提高；同时，本发明制备的纳米材料科学综合同步运用有机共价及非共价修饰技术，室温搅拌即可完成符合绿色化学要求。该材料可作为纳米填料提高聚合物复合材料的热稳定性能。再加上合成步骤简单、高效，可以大量制备，所以具有较好的应用前景和经济效益。
【IPC分类】C07D301-00, C07D303-46, C09C3-06, C09C3-08, C09C1-46
【公开号】CN104610785
【申请号】CN201510038933
【发明人】张树鹏, 钱悦月, 高娟娟, 宋海欧, 姚冬婷, 余荣兵
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月26日