[发明专利]一种选择性还原氧化石墨烯及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种还原氧化石墨烯的制备方法。尤其是氧化石墨烯片结构上环氧基、羟基被选择性还原的还原氧化石墨烯制备方法。

背景技术

还原氧化石墨烯是由氧化石墨烯通过溶液法化学还原方式制备得到。因为还原氧化石墨烯在结构上存在一定数量的含氧活性基团，如：环氧基、羟基、羧基、羰基等，使其具有良好的水溶液稳定性、生物亲和性、表面修饰性等。这些性质使得还原氧化石墨烯在生物医学领域中具有十分重要的作用与广泛的应用前景。自Ruoff等于2006年首次以肼类化合物为还原剂，成功制备出还原氧化石墨烯后，新的化学还原剂不断被开发出来。如：硼氢化钠、硫化氢、对苯二酚，抗坏血酸等。但过去的研究对氧化石墨烯的溶液法化学还原，从含氧基团的种类上，还不能做到可选择，使得所制备出的还原氧化石墨烯的结构与性质不可控制。这成为还原氧化石墨烯制备及应用中的一个重要问题。

分散于极性溶剂中的氧化石墨烯，可以单片形式存在，片结构上的环氧基、羟基主要存在于片的两个面上，羧基则存在于片的边沿。使用特定还原能力的还原剂，在条件控制适当的情况下，可选择性地使氧化石墨烯片结构上的环氧基、羟基发生还原，同时又不引起羧基还原，这样就制备出一种结构和功能十分特别的还原氧化石墨烯。这种还原氧化石墨烯，片结构的两个面呈疏水结构，而边沿仍保留亲水结构。对氧化石墨烯的这种还原方式被称为选择性还原，所制备得到的还原氧化石墨烯称为选择性还原氧化石墨烯。选择性还原氧化石墨烯片兼具疏水与亲水两种性质。片结构的面上呈现疏水特性，具备了良好的吸附特性。片结构的边沿因羧基的保留，具有良好的亲水性、生物亲和性和化学修饰特性。因而使这种材料在化学修饰性、亲水性、生物亲和性、吸附性等方面有着十分优越的性质，使其更能符合生物医学材料需要，成为一种具有丰富想象的生物医学材料。

发明内容

本发明目的在于提供了一种选择性还原氧化石墨烯的制备方法。要解决的主要技术问题是将氧化石墨烯片结构上的含氧基团，通过选择性还原方式将环氧基、羟基还原消除，使羧基仍保留在还原氧化石墨烯片结构上的边沿，从而制备出的选择性还原氧化石墨烯，在片的面上具有良好的疏水特性，在片的边沿具有良好的亲水特性与化学修饰特性。

选择性还原石墨烯的制备方法，技术方案如下：

采用Hummer方法制备氧化石墨烯。对所制备的氧化石墨烯，用5%的盐酸反复抽滤洗涤其中的沉淀物3～5次，继而用纯化水抽滤洗涤沉淀物，直至抽滤不能通过，得氧化石墨烯水凝胶。将氧化石墨烯水凝胶用纯化水超声分散，转移在低速大容量离心机上，以4000转/分钟离心20分钟，分离出氧化石墨烯水凝胶。对氧化石墨烯水凝胶用纯化水再次超声分散，然后离心分离出水凝胶，同法操作3～5次，至溶液pH值约为7.0左右，无机离子被洗除干净，得到纯化的氧化石墨烯。

将氧化石墨烯与极性溶剂按照0.1～40:1(mg/mL)比例，配成总量为300mL混合液，加入到500mL烧瓶中，超声0.5～2.0h制备出均匀稳定的氧化石墨烯分散液。在氧化石墨烯分散液中加入0.1～3g选择性还原剂，调节溶液pH值在2～12之间，在30～60℃范围内水浴下，反应24～96h，制备出选择性还原氧化石墨烯。

对所制备的选择性还原氧化石墨烯抽滤，抽滤后剩余物用纯化水洗涤至抽滤不能通过，转移在低速大容量离心机上，以4000转/分钟离心20分钟，分离出选择性还原氧化石墨烯水凝胶；此水凝胶用纯化水再次超声分散，然后离心分离出水凝胶；同法操作3～5次，至溶液pH值约为7.0左右，无机离子被洗除干净，得到纯化的选择性还原氧化石墨烯。

将纯化好的选择性还原氧化石墨烯水凝胶收集于500mL烧杯中，置于烘箱中40～80℃范围烘干48h，得到固态选择性还原氧化石墨烯。

所述极性溶剂包括：水、低浓度的酸溶液（[H⁺]小于等于0.1mol·L^-1）、低浓度的碱溶液（[OH^-]小于等于0.1mol·L^-1）、甲醇、乙醇等。

所述氧化石墨烯为能通过超声方式分散于极性溶剂中的石墨的氧化物，并不仅限于Hummer方法制备。