一種綠色環保的制備磺化石墨烯的方法
【專利摘要】本發明公開了一種綠色環保的制備磺化石墨烯的方法，包括以下步驟：用Hummers法制得氧化石墨烯分散液，并將其pH值調至9～10，隨后，先用抗壞血酸預還原，再用芳香基重氮鹽進行磺化，最后用檸檬酸鈉完全還原，制得磺化石墨烯。本發明制備方法克服了以往的合成方法需要在特殊條件下進行，或者采用有毒還原試劑，很難產業化且對環境造成污染的缺陷，不但整個的制備過程簡單，對環境條件沒有特殊要求，成本低廉，容易產業化，且對環境沒有污染，而且得到了高質量的磺化石墨烯。
【專利說明】一種綠色環保的制備磺化石墨烯的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種功能化石墨烯的制備方法，具體涉及一種綠色環保的制備磺化石墨烯的方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積成二維晶格結構。由于其具有大的比表面積、優良的導電性能和易改性的表面化學等特性，就被廣泛應用于納米復合材料、場發射材料、傳感及儲能材料應用研究領域。近年來，國內外學者就石墨烯表面的功能化進行了大量研究，來改善石墨烯的分散性和溶解性的同時不影響其自身性質。由于磺酸基團的高親水性，對石墨烯進行磺化處理后，不僅可以提高其分散性，還可以保留其獨特的性質，所以磺化已經成為石墨烯改性的研究熱點之一。如Liang等采用過氧化苯甲酰、濃硫酸等對碳納米管進行磺化，得到了質量較高的磺化碳納米管，其水溶液的穩定性可以長達幾個月。Mukherjee等采用相同的方法，得到單層及少量多層的磺化石墨納米材料。Si等先用硼氫化鈉預還原磺化石墨烯后，引入苯磺酸基團，最后用水合肼去進行完全還原，得到了分散性好且導電良好的磺化石墨烯。但是，以往的合成方法大多需要在特殊條件下進行，或者采用有毒還原試劑，很難產業化且對環境造成污染，所以如何簡單、低廉環保的制備高質量磺化石墨烯是當前所需克服的 難點之一。
【發明內容】
[0003]針對上述現有技術，本發明提供一種綠色環保的制備磺化石墨烯的方法，以石墨為原料，采用改進的Hmnmers法制得了氧化石墨(GO),通過抗壞血酸預還原、磺化反應、朽1檬酸鈉完全還原制備出高質量的磺化石墨烯，其制備過程綠色環保。
[0004]為了解決上述技術問題，一種綠色環保的制備磺化石墨烯的方法，包括以下步驟:
[0005]步驟一、用Hummers法制得濃度為I~2mg/ml的氧化石墨烯分散液,隨后按照抗壞血酸與氧化石墨烯分散液中溶質的質量比為8~12:1，將抗壞血酸加入到用Na2CO3溶液將PH值調至9~10的氧化石墨烯分散液中，并置于80°C~95°C的水浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應2~4h,得到預還原產物溶液；
[0006]步驟二、按照重氮鹽溶液與預還原產物溶液的體積比為6~8:1，將步驟一得到的預還原產物加入到重氮鹽溶液中，并置于冰浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應2~4h，得到磺化產物溶液；
[0007]步驟三、按照檸檬酸鈉與磺化產物中溶質的質量比為2~4:1，將檸檬酸鈉加入到步驟二所得到的磺化產物溶液中，并置于80°C~95°C水浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應8~IOh,至此,制備得到磺化石墨烯。
[0008]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0009]本發明主要是通過抗壞血酸預還原、磺化反應、檸檬酸鈉完全還原過程制備出高質量的磺化石墨烯，整個制備過程中，對環境無污染實現了綠色環保。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明實施例1得到的磺化石墨烯的TEM圖片；
[0011]圖2為本發明實施例2得到的磺化石墨烯的TEM圖片；
[0012]圖3為本發明實施例3得到的磺化石墨烯的TEM圖片；
[0013]圖4為本發明實施例1得到的磺化石墨烯的紅外譜圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和具體實施例對本發明一種綠色環保的制備磺化石墨烯的方法做進一步的說明。提供實施例是為了理解的方便，絕不是限制本發明。
[0015]實施例1:
[0016]1.取80ml用Hummers法制得的lmg/ml氧化石墨烯分散液,隨后將0.64g抗壞血酸加入到用Na2CO3溶液將pH值調至9的分散液中，將混合物置于80°C的水浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應2h，此為預還原過程，得到預還原產物溶液；
[0017]2.將上述制備得到的預還原產物溶液加入到IOml重氮鹽溶液中，并置于冰浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應2h，此為磺化過程，得到磺化產物溶液；
[0018]3.將1 .6g檸檬酸鈉加入到上述磺化過程所得到的磺化產物溶液中，置于80°C水浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應8h，此為完全還原過程，至此，制備得到磺化石墨烯。
[0019]圖1為本發明實施例1得到的磺化石墨烯的TEM圖片，可以明顯觀察到本發明方法制備得到的磺化石墨為單層的且純凈透明；圖4為本發明實施例1得到的磺化石墨烯的紅外譜圖，由該紅外譜圖中lieicm'lllScnT1是由S-O的伸縮振動產生的，1037CHT1是S-phenyl的伸縮振動特征吸收峰；這兩個吸收峰的存在表明成功的引進了磺酸基。
[0020]實施例2:
[0021]1.取60ml用Hummers法制得的1.5mg/ml氧化石墨烯分散液,隨后將0.63g抗壞血酸加入到用Na2CO3溶液將pH值調至9的分散液中，將混合物置于90°C的水浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應3h，此為預還原過程，得到預還原產物溶液；
[0022]2.將預還原產物加入到7.5ml重氮鹽溶液中，并置于冰浴中，在轉數為600r/min的
[0023]攪拌下反應3h。此為磺化過程，得到磺化產物溶液；
[0024]3.將2g檸檬酸鈉加入到磺化過程所得到的磺化產物溶液中，置于90°C水浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應9h，此為完全還原過程，至此制備得到磺化石墨烯。
[0025]圖2為本發明實施例2得到的磺化石墨烯的TEM圖片，可以明顯觀察到實施例2制備得到的磺化石墨為單層的且純凈透明。
[0026]實施例3:
[0027]1.取100ml用Hummers法制得的2mg/ml氧化石墨烯分散液,隨后將4g抗壞血酸加入到用Na2CO3溶液將pH值調至10的分散液中，將混合物置于95°C的水浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應4h，此為預還原過程，得到預還原產物溶液；[0028]2.將預還原產物溶液加入到12.5ml重氮鹽溶液中，并置于冰浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應4h。此為磺化過程，得到磺化產物溶液；
[0029]3.將Sg檸檬酸鈉加入到磺化過程所得到的溶液中，置于95°C水浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應IOh,此為完全還原過程,至此制備得到磺化石墨烯。
[0030]圖3為本發明實施例3得到的磺化石墨烯的TEM圖片，可以明顯觀察到本法制備的磺化石墨為單層的且純凈透明。
[0031]本發明制備方法克服了以往的合成方法需要在特殊條件下進行，或者采用有毒還原試劑，很難產業化且對環境造成污染的缺陷，不但整個的制備過程簡單，對環境條件沒有特殊要求，成本低廉，容易產業化，且對環境沒有污染，而且得到了高質量的磺化石墨烯。
[0032]盡管上面結合圖對本發明進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本 發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發明的保護之內。
【權利要求】
1.一種綠色環保的制備磺化石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、用Hummers法制得濃度為I~2mg/ml的氧化石墨烯分散液，隨后按照抗壞血酸與氧化石墨烯分散液中溶質的質量比為8~12:1，將抗壞血酸加入用Na2CO3溶液將pH值調至9~10的氧化石墨烯分散液中，并置于80°C~95°C的水浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應2~4h,得到預還原產物溶液； 步驟二、按照重氮鹽溶液與預還原產物溶液的體積比為6~8:1，將步驟一得到的預還原產物加入到重氮鹽溶液中，并置于冰浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應2~4h，得到磺化產物溶液； 步驟三、按照檸檬酸鈉與磺化產物中溶質的質量比為2~4:1，將檸檬酸鈉加入到步驟二所得到的磺化產物溶液中，并置于80°C~95°C水浴中，在轉數為600r/min的攪拌下反應8~IOh,至此,制備得到磺化石墨烯。
2.根據權利要求1所述綠色環保的制備磺化石墨烯的方法，其中，步驟一和步驟三中的水浴溫度均為80°C。
3.根據權利要求1所述綠色環保的制備磺化石墨烯的方法，其中，步驟一和步驟三中的水浴溫度均為90°C。
4.根據權利要求1所述綠色環保的制備磺化石墨烯的方法，其中，步驟一和步驟三中的水浴溫度均 為95°C。
【文檔編號】C01B31/04GK103613097SQ201310652941
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】李慧, 李方 申請人:天津大學