[发明专利]一种 3D氮硫掺杂石墨烯/自组装多糖复合材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种3D氮硫掺杂石墨烯/自组装多糖复合材料的制备及应用，硫脲加入GO水分散液中，搅拌，反应得凝胶，洗涤真空干燥，一定温度下还原得3D氮硫掺杂石墨烯；羧基化的β‑环糊精溶于PBS溶液，加EDC和NHS，搅拌，得活化的β‑CD‑COOH溶液；壳聚糖粉末溶于乙酸溶液，得CS溶液，CS溶液滴入活化的β‑CD‑COOH溶液中，搅拌，洗涤，冷冻干燥，得CS‑β‑CD；去离子水中超声得饱和均匀的溶液，加入3D氮硫掺杂石墨烯，超声搅拌，离心洗涤，得3D氮硫掺杂石墨烯/自组装多糖复合材料。本发明制备的复合材料具有更好的电子传输性能，可应用于超级电容器、电化学传感器、锂离子电池、纳米材料等领域。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种3D氮硫掺杂石墨烯/自组装多糖复合材料的制备；本发明同时涉及该复合材料的应用。

背景技术

石墨烯是一种二维的碳纳米材料，已经广泛应用于超级电容器、电化学传感器、锂离子电池、纳米材料以及储氢等领域。但是由于层层之间的π-π作用，引起不可避免的团聚效应，使石墨烯的层数变厚，影响其导电性。因此二维石墨烯的应用在一定程度上受到了限制。三维石墨烯一定程度上优于二维石墨烯由于其相对较大的比表面积、裸露更多的活性位点以及快速的电子传输性能。根据之前的报道，N、S掺杂的石墨烯可以改变石墨烯的带宽，可以诱导石墨烯产生缺陷。

壳聚糖是一种无支链的生物相容性多糖聚合物，由于存在丰富的手性位点，因此具有优异的立体选择性。β-环糊精是一种由七个葡萄糖单元构成的多聚糖。其内腔疏水，而外腔亲水，环糊精的内腔可以包合不同种类的客体分子，例如氨基酸分子、阴离子及阳离子客体以及聚合物链等等，这使得环糊精在电化学传感器中具有广泛的应用。β-环糊精通常只能简单的复合在材料的一个表面。因此将羧基化β-CD自组装CS和N、S掺杂的石墨烯复合在一起有望广泛应用于电化学传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D氮硫掺杂石墨烯/自组装多糖复合材料的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述复合材料在电化学传感器中的应用。

本发明所采用的技术方案是：一种3D氮硫掺杂石墨烯/自组装多糖复合材料的制备方法，具体按以下步骤进行：

1）氧化石墨烯（GO）的制备：将可膨胀石墨放入坩埚中，置于马弗炉，在900～901℃下加热30～50s，制得膨胀石墨；将1～1.1g膨胀石墨放入500～501mL 二甲基甲酰胺中，超声24～25h，用乙醇和水反复洗涤过滤，在60～65℃下真空干燥，得剥离的石墨烯；将1～1.1g剥离的石墨粉置于90mL浓硫酸和30mL浓磷酸组成的混合酸液中，冷却至0～1℃，然后缓慢加入10～11g高锰酸钾，控制反应温度在5℃以下，以防止爆炸；待高锰酸钾溶解完全后，升温至50～55℃，在该温度下保持搅拌12～13h；反应结束后，体系冷却至室温，分别加入200mL冰水和5mL质量分数 30%的过氧化氢溶液至反应后液变为金黄色，再滴入几滴盐酸反应过量的双氧水，离心，反复洗涤，冷冻干燥，得氧化石墨烯（GO）；

2）3D氮硫掺杂石墨烯（3D NSG）的制备：将150～155mg GO分散在30～35mL水中1.0～1.5小时，然后加入450～455mg硫脲，搅拌4～5小时后，转移到衬有特氟隆的不锈钢高压釜中，在175～185℃温度下，保温12～13小时，自然冷却至室温，得凝胶，将该凝胶用去离子水和乙醇洗涤数次，室温下在真空烘箱中干燥10～11小时，置于升温速率为3～5℃/ min并通入Ar气氛的环境中，升温至700～710℃，还原1～1.5小时，得3D氮硫掺杂石墨烯（3D NSG）；