[发明专利]一种可分散性硅烷功能化石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯的制备，具体涉及一种可分散性硅烷功能化石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子紧密堆积而成的单层二维蜂窝状结构的碳质材料，可以看作是构建富勒烯、碳纳米管、石墨的基本结构单元。石墨烯因其具有极高的杨氏模量(约1100Gpa)、导热率(约5000J/(m·K·s))、室温载流子迁移率(2×10⁵ cm²/(V·s))以及比表面积(理论计算值2630m²/g)，还具有量子霍尔效应和量子遂穿效应等，可望广泛应用于纳米复合材料、液晶材料和储能材料中。然而石墨烯既不亲水也不亲油，加之化学反应呈惰性，阻碍了对它的研究与应用，因而制备可稳定分散于某种溶剂的石墨烯将大大促进其应用和发展。

为了能够获得可稳定分散的石墨烯悬浮液，改善石墨烯与其他基体的相容性，需要对石墨烯进行有效的修饰和表面功能化。通过石墨烯的前驱物氧化石墨烯表面含有大量的羟基、环氧基、羰基和羧基等活性基团与其它分子进行化学反应，实现石墨烯共价键功能化是重要途径。目前最常用的功能化改性剂主要有异氰酸酯类、硅烷偶联剂、有机胺类。Stankovich(Stankovich S，Piner R D，Nguyen S T，et al.Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide.Carbon，2006，44(15)：3342-3347)等利用异氰酸酯与氧化石墨烯的羟基和羧基的反应，改变了氧化石墨烯的表面性能，使之能稳定分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等有机溶剂中。马文石(马文石，周俊文，林晓丹.乙醇胺功能化石墨烯的制备与表征.化学学报.2011，69(12)：1463~1468)等采用乙醇胺对石墨烯的前驱物氧化石墨烯进行改性、还原，增大了石墨烯片层间距，使之可分散于水、乙醇、丙酮、DMF及其与水的混合溶剂中。Wang(Wang G X，Shen X P，Wang B，et al.Synthesis and characterisation of hydrophilic and organophilic graphene nanosheets.Carbon，2009，47(5)：1359-1364)等采用十八胺对石墨烯的前驱物氧化石墨烯进行改性，所获得的石墨烯可稳定分散于四氢呋喃(THF)、DMF有机溶剂中，该方法也适用于不同链长的有机胺类(Nethravathi C，Viswanath B，Shivakumara C，et al.The production of smectite clay/ graphene composites through delamination and co-stacking.Carbon.2008，46：1773-1781)。申请号为2010102879852的专利申请文件通过氨基硅烷偶联剂对石墨烯进行改性，进而增强硅胶，其在水、乙醇、四氢呋喃、二甲亚砜等溶剂中具有良好的分散性（中国科学院长春应用化学研究所，发明专利，申请号：2010102879852），然而该专利申请文件仅对含有氨基硅烷偶联剂进行了描述，并未对非氨基硅烷偶联剂类硅烷进行研究。事实上，就单片氧化石墨烯而言，也含有许多相同的或者不同的活性官能团，当用多官能团硅烷对其进行化学改性时，往往氧化石墨烯片与氧化石墨烯片之间极易发生化学交联，导致最终的石墨烯团聚、结块，很难分散或分散效果不理想。

发明内容

为了解决已有技术存在的问题，本发明提供了一种可分散性硅烷功能化石墨烯的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：将氧化石墨烯溶于无水乙醇中，超声分散形成均匀的分散液，然后调节pH值为3～4或者在惰性气氛保护下，向分散液中加入与氧化石墨烯质量比为0.1：1～5：1的硅烷，在常温～78℃下反应12h～48h，然后进行离心分离，去掉上清液，下清液用无水乙醇和去离子水洗涤至洗涤废液呈中性，得到固体产物，即硅烷改性的氧化石墨烯；

步骤二：将上述硅烷改性的氧化石墨烯分散于无水乙醇中，超声分散成均匀的分散液，然后再加入水合肼，于60℃～78℃下还原反应12h～24h，然后抽滤反应液，抽滤所得固体用无水乙醇和去离子水洗涤至洗涤废液呈中性，所得固体烘干后即为硅烷功能化石墨烯。

为进一步实现本发明目的，所述硅烷与氧化石墨烯的质量比最佳范围为0.5：1～1：1。