[发明专利]一种以柿单宁为还原剂的石墨烯制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯的合成和纳米材料技术领域，特别涉及一种以柿单宁为还原剂的石墨烯制备方法。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，利用撕透明胶带的方法，成功地从石墨中分离出单层原子排列的石墨烯，两人也因此获得2010年的诺贝尔物理学奖（Science,2004,306( 5696):666-669）。石墨烯由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型蜂巢晶格，其结构单元为碳六元环，它是一种只有单层碳原子厚度的二维材料。石墨烯是构成碳基材料的基本机构单元。它可以包裹形成零维Fullerenes，卷成一维carbon nanotube，层层堆积成三维graphite。从石墨烯发现的那一天起，石墨烯就已经成为研究的热点和焦点，在超级电容器、透明电极、海水淡化、发光二极管、传感器、储氢、太阳能电池、催化剂载体、复合材料、生物支架材料、生物成像、药物输送、纺织、印染等领域有广泛的应用。

石墨烯具有优异的机械、电学、热学性能、抗菌性能。石墨烯是世界上最薄的材料，它只有单层原子的厚度，约为0.335nm。石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，透光率高达97.7%。电阻率10-6Ω/cm，比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。石墨烯具有极大的比表面积，其理论值高达2630m²/g。导热系数高达5300W/m·K，常温下电子迁移率超过15000cm²/V·s，比碳纳米管和单晶硅高。杨氏模量为1.1TPa，断裂强度高达130GPa。

石墨烯的制备方法主要有：微机械剥离法、印章切取转印法、液相剥离法、化学气相沉积法、气溶胶高温分解法、外延生长法、无定形碳化物薄膜转化法、氧化石墨烯（GO）还原法及有机合成法等。其中GO还原法具有成本低、产率高和可批量生产等特点，得到广泛应用。目前常用的还原剂包括水合肼、二甲基肼、酚类、硼氢化钠、含硫化合物、醇类等（炭素技术,2013,32(5):30-36）。然而，由于GO还原法往往使用肼或硼氢化钠等有毒或价格昂贵的试剂作为还原剂，因此开发绿色、环保、高效和廉价的化学还原技术十分必要。

我国是柿子的原产地和主产国，分布于23个省市自治区，产量极大，占世界总产量的70％，涩柿果实中单宁含量在0.13％-1.54％之间，是单宁含量最高的一种水果。柿单宁是一种天然高分子多酚化合物。目前，柿单宁在重金属离子吸附、抗菌、皮革鞣制剂等方面有重要的应用。例如：本公司于2013年申请了发明专利CN201310299037.4，采用柿单宁作为银离子的捕捉剂和还原剂来制备粒径范围为1-50nm的纳米银。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种以柿单宁为还原剂的石墨烯制备方法。

本发明通过下述技术方案予以实现：

（1）将未成熟的天然柿子粉碎过60目筛，加入去离子水和质量分数0.1-0.5‰的酶，进行超声提取，超声功率80-120w，超声时间10-60min，超声温度30-50℃，酶解pH值5-6，料液比为1:5-1:20，将处理后的提取夜真空抽滤，烘干得到柿单宁；

（2）将氧化石墨分散于去离子水中，超声处理10-24h，得到氧化石墨烯溶液；

（3）按照100:1-1:1的体积比，将质量百分比0.01%-10%的柿单宁水溶液与0.01-0.05g/L的氧化石墨烯溶液混合，60-80℃超声处理1-48h，得到石墨烯溶液。

作为优选方案，步骤（1）所述的酶为纤维素酶、果胶酶的混合物，其质量比为1:1。

作为优选方案，步骤（2）所述的氧化石墨由改进型Hummers法得到，氧化剂为过硫酸钾、五氧化二磷、硝酸钠、浓硫酸、磷酸和高锰酸钾中的一种或多种。

本发明具有如下有益效果：（1）采用酶-超声辅助提取柿单宁，与常规的溶剂提取法相比，本方法无需高温，安全性好，耗时短，效率高。 （2）采用柿单宁作为还原剂，不需要添加其它的稳定剂、分散剂，具备原料来源广泛、反应温和、绿色环保等优点，制备得到的石墨烯水溶液具有良好的分散性和稳定性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：