[发明专利]氧化石墨烯的还原方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种还原石墨烯材料的制备方法，特别涉及一种采用二异氰酸酯修饰的双亲性聚合物还原氧化石墨烯的方法，属于材料制备和改性领域。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种独特的二维平面结构单层碳纳米材料，其具有良好的电学、力学和热学性质，近年来在化学和材料学研究中愈来愈受到重视。英国Manchester大学Geim等人于2004年，首先通过机械剥离法制得单原子层二维原子晶体-石墨烯。Kim等进一步发展了以CVD法生长大片石墨烯的工艺；Ruoff等在Hummer方法的基础上，改进采用化学氧化、超声制备氧化石墨烯的方法，所得纳米氧化石墨烯片成本较低，尺寸一般在十几纳米到几百纳米乃至微米之间。

氧化石墨烯表面含有大量的羰基、羧基、羟基和环氧基等含氧基团，具有良好的水溶液分散稳定性和生物相容性；其表面的官能团可通过化学修饰，获得特异的物理化学性质，满足在不同领域应用的目的。然而，氧化石墨烯的导电性较差，需将其还原以提高材料的导电率。现有工艺通常采用水合肼、维生素C、葡萄糖等试剂还原氧化石墨烯，但在还原过程中，大量表面官能团被还原，导致材料团聚，难以在溶液中分散，限制了还原石墨烯的广泛应用，尽管目前有众多研究者开发了很多方法以提高还原石墨烯的溶液分散性，但这些方法大多存在工艺复杂，可控性差，成本高等问题。

因此，怎样开发价格低廉、导电性良好、溶液分散性好的还原或改性氧化石墨烯，一直都是本领域的技术难题。 

发明内容

本发明旨在提供一种二异氰酸酯修饰的双亲性聚合物还原氧化石墨烯的方法，其工艺简单、价格低廉、还原度可控，且制备的还原石墨烯导电性良好、可稳定分散溶剂范围宽、生物相容性好，可应用于基因药物载体、生物传感器和复合材料等新材料领域，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种氧化石墨烯的还原方法，其特征在于，该方法为：取质量比在1000：1 – 1：1000的二异氰酸酯修饰的双亲性聚合物和氧化石墨烯在有机溶剂中于50-200 oC反应0.1-120 h，而后将固态产物自反应混合物中分离出来，并以有机溶剂充分洗涤，获得目标产物还原石墨烯；

进一步的，所述二异氰酸酯修饰的双亲性聚合物与氧化石墨烯的质量比优选为100：1 -1：100。

一种氧化石墨烯的还原方法，其特征在于，该方法为：取质量比在100:1 – 1:100的二异氰酸酯和氧化石墨烯在有机溶剂中于50-200 oC反应0.1-120 h，分离固态产物并充分洗涤后，加入与氧化石墨烯质量比为1000:1–1:1000的双亲性聚合物，在有机溶剂中于50-200 oC反应0.1-120 h，其后将固态产物自反应混合物中分离出来，并以有机溶剂充分洗涤，获得目标产物还原石墨烯。

进一步的，所述二异氰酸酯与氧化石墨烯的质量比优选为10：1 – 1：10；所述双亲性聚合物与氧化石墨烯的质量比优选为100：1 – 1：100。

所述氧化石墨烯为采用Hummer方法制备的氧化石墨烯。

所述还原石墨烯中含有0.1-99 wt%的二异氰酸酯修饰的双亲性聚合物。

所述二异氰酸酯可选自甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、4，4’-亚甲基双异氰酸苯酯、异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基己二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和对苯二异氰酸酯，但不限于此。

所述双亲性聚合物可选自聚乙二醇、单甲基聚乙二醇、吐温、Triton、F-68、对辛基苯酚聚氧乙烯醚、山梨醇脂肪酸酯和聚氧丙烯醚，但不限于此。

所述二异氰酸酯修饰的双亲性聚合物为上述双亲性聚合物与二异氰酸酯反应后的产物。

所述有机溶剂可选自DMF、DMSO和NMP，但不限于此。

与现有方法相比，本发明的优点至少在于：

（1）可一步完成氧化石墨烯的还原和功能化，工艺简单、价格低廉、还原度可控，可获得不同还原度和分散性的功能化石墨烯，拓展了还原石墨烯的应用范围；

（2）获得的还原石墨烯导电性良好、可稳定分散溶剂范围宽、生物相容性好，能满足在基因药物载体、生物传感器和复合材料等新材料领域的应用要求。

附图说明

图1是本发明实施例1、2、5中于不同反应条件下所制还原石墨烯的XRD衍射图谱，其中，GO表示氧化石墨烯，RGO表示还原石墨烯。

具体实施方法