[发明专利]一种石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法及其应用，其制备方法包括将石墨粉和多壁碳纳米管共同氧化，得到氧化石墨和氧化碳纳米管；对氧化石墨和氧化碳纳米管进行超声剥离和分散；采用氨水和乙二胺对氧化石墨烯和氧化碳纳米管进行修饰连接与还原；将反应后的产物过滤、洗涤、干燥后即可得到石墨烯/碳纳米管复合材料。本发明方法简便，反应条件温和，石墨烯和碳纳米管通过共价修饰连接，且碳纳米管连接于石墨烯片层之间。本发明所制备的石墨烯/碳纳米管复合材料呈蓬松多孔的三维骨架结构，可用于萃取检测三聚氰胺、克伦特罗、磺胺二甲嘧啶钠、吲哚乙酸、班布特罗、氯丙那林、三氯杀螨醇、2,2‑双(4‑氯苯基)‑1,1‑二氯乙烷或氟氯硫色满酮。

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法及其应用，具体地说是涉及一种石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

石墨烯作为二维的碳纳米材料，具有比表面积大、机械性能良好、化学性质稳定和大的π-π共轭体系等优点，可作为吸附剂材料，已被广泛用于芳香族化合物、重金属离子和蛋白的萃取分离。然而，石墨烯特殊的二维平面结构容易聚集结块，导致其比表面积降低，使得石墨烯材料的应用与发展受到限制。

碳纳米管是一维的碳纳米材料，可以掺杂到石墨烯片层中作为石墨烯片层间的支撑物，从而避免石墨烯片层的聚集结块，并且一维和二维的碳材料之间具有协同作用。目前已有相关文献报道合成石墨烯/碳纳米管复合材料的方法，但是这些制备方法均存在不足之处。采用简单的机械混合可以制备得到石墨烯/碳纳米管复合材料，但存在难以分散均匀的问题。将石墨粉和碳纳米管分别进行氧化处理、洗涤、干燥得到氧化产物，然后按一定质量比例通过超声将二者均匀分散于溶液中，经还原后也得到石墨烯/碳纳米管复合材料，这种方法虽然能够得到均匀分散的复合材料，但是Hummer’s法制备氧化石墨需要低、中、高三个控温阶段，碳纳米管氧化也需要浓酸加热控温，制备过程繁琐，步骤较多，反应条件苛刻，并且石墨烯和碳纳米管之间也仅是简单的物理掺杂，当再次分散在溶液中时，复合材料中碳纳米管易从石墨烯片层上脱落，造成复合材料骨架结构破坏。因此，需要寻求一种制备过程简便、碳纳米管和石墨烯分散均匀、采用化学共价修饰连接的三维石墨烯/碳纳米管复合材料制备方法。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法，以解决现有制备方法过程繁琐，石墨烯和碳纳米管之间为物理掺杂，分散不均匀等问题。

本发明的目的之二就是提供一种石墨烯/碳纳米管复合材料的应用，以充分利用所制备石墨烯/碳纳米管复合材料的性质，开发所制备石墨烯/碳纳米管复合材料的新用途。

本发明的目的之一是这样实现的：

一种石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）在搅拌条件下，将质量比为4∶1~20∶1的石墨粉和多壁碳纳米管加入至浓酸中，然后缓慢加入高锰酸钾，继续在室温下搅拌6~48 h；向体系中加入去离子水，搅拌后加入双氧水，使双氧水与体系中剩余的高锰酸钾反应，再加入去离子水，经离心后得到共同氧化的氧化石墨和氧化碳纳米管；

石墨粉与碳纳米管的质量总和、高锰酸钾质量及双氧水体积的比例关系为1 g∶3~6 g∶5~10 mL。

（2）将离心后的氧化石墨和氧化碳纳米管加至去离子水中，进行超声剥离和分散，将氧化石墨剥离为氧化石墨烯，且使氧化碳纳米管和氧化石墨烯均匀分散；

（3）向分散均匀的氧化碳纳米管和氧化石墨烯溶液中加入氨水，调节溶液的pH值为9~10，然后加入乙二胺，在80~95 ℃下搅拌3~24 h；

（4）将反应后的产物过滤，采用去离子水洗涤至pH为7，冷冻干燥后即可得到石墨烯/碳纳米管复合材料。

步骤（1）中，所述浓酸为浓硫酸，或浓硫酸与浓硝酸的混合物，浓硫酸与浓硝酸的体积比为3∶1。