[发明专利]羧基化石墨烯的制备方法及该方法制备的羧基化石墨烯

说明书

本发明提供了一种羧基化石墨烯的制备方法及该方法制备的羧基化石墨烯，涉及石墨烯的制备技术领域。所述方法包括如下步骤：S1、将按质量份数计0.5~2份石墨烯粉末与7~10份草酸亚铁混合均匀放入球磨设备中，进行球磨；S2、向所述球磨设备中加入40~50份氧化剂，进行球磨，随后加入去离子水，继续球磨；S3、将所述球磨设备中的液体过筛并过滤，保留滤饼，用3%的HCl进行洗涤，随后采用0.5%的EDTA二钠冲洗；以及S3、再次采用3%的HCl冲洗，随后用去离子水洗涤，直至洗出无色透明的滤液为止，保留滤纸上方固体。

技术领域

本发明涉及石墨烯的制备技术领域，具体涉及一种羧基化石墨烯的制备方法及该方法制备的羧基化石墨烯。

背景技术

石墨烯具有二维sp²杂化结构，具有十分优异的机械性能、电学性能、热学性能、光学性能，因此使其成为当今世界很多国家的研究热点，石墨烯及其复合材料在光电学、能量储存、超导、微电子电器以及航空航天等领域中具有十分广阔的应用前景。

石墨烯的比表面积大且片层之间容易产生相互作用，因此，石墨烯在溶剂中很难均匀分散，其在溶剂中容易发生团聚或者沉降的现象，对此，通常需要对石墨烯进行官能化处理。在石墨烯的表面接枝特殊的官能团对石墨烯进行表面改性，不仅能够改善石墨烯在溶剂中的分散效果，还能够在表面改性的官能团的基础上与其他基团反应，从而使各种有机小分子、生物大分子或高分子等功能材料结合到石墨烯上。

目前，羧基化石墨烯作为官能团化石墨烯的一种，已经得到广泛的应用，羧基化石墨烯在具有上述性能的基础上，还具有良好的细胞和生物反应活性。通常羧基化石墨烯的制备方法包括物理法和化学法。而目前市面上常见的羧基化石墨烯的制备方法都需要采用氧化石墨烯作为前驱体，将氧化石墨烯还原，再对还原的氧化石墨烯进行羧基化处理，这样的操作步骤不仅工艺繁琐导致成本上升，且还原氧化石墨烯的制备过程可能会存在一系列的危险因素，例如公开号为CN104445163A的中国专利报道了一种羧基化石墨烯的制备方法，其采用氨基苯基酸与亚硝酸异戊酯的醇溶液反应，冷凝回流24~48 h，用强酸调节pH值从而制得羧基化石墨烯；公开号为CN108862268 A和CN113104844 A的中国专利申请以及，均采用氧化石墨与氯乙酸或氯乙酸钠进行反应从而获得羧基化石墨烯；公开号为CN113683086 A的中国专利申请采用氧化石墨烯与柠檬酸、酯化剂和脱水缩合剂反应制得羧基化石墨烯。

上述方法不仅工艺繁琐复杂，而且原料成本较高。因此目前需要一种适合工业大批量生产羧基化石墨烯的方法，公开号为CN107651669 A的中国专利申请记载了一种反应磨法制备边缘羧基化石墨烯的方法，该方法将石墨粉置于反应磨设备中，将反应磨设备密封，再将二氧化碳气体冲到反应磨设备中，经过一段时间的反应磨，得到边缘羧基化石墨烯，在该过程中需要对设备内部进行加压，该方法虽然未添加任何化学试剂，但容易产生大量粉尘，且设备高压，对环境和操作人员均会造成一定的安全隐患。

发明内容

本发明提供了一种羧基化石墨烯的制备方法及使用该方法制备的羧基化石墨烯，所制备的羧基化石墨烯羧基含量高，性能稳定，产品纯度高，制备工艺简单，安全性极高。

本发明的第一方面提供了一种羧基化石墨烯的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、将按质量份数计0.5~2份石墨烯粉末与7~10份草酸亚铁混合均匀放入球磨设备中，进行球磨；

S2、向所述球磨设备中加入40~50份氧化剂，进行球磨，随后加入去离子水，继续球磨；

S3、将所述球磨设备中的液体过筛并过滤，保留滤饼，用3%的HCl进行洗涤，随后采用0.5%的EDTA二钠冲洗；以及

S4、再次采用3%的HCl冲洗，随后用去离子水洗涤，直至洗出无色透明的滤液为止，保留滤纸上方固体。

具体地，所述氧化剂为过硫酸钾或过硫酸钠。