可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種石墨烯的制備方法，特別是指一種可溶性石墨烯復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]氧化石墨還原法是目前制備石墨烯最熱門的方法，所用的還原劑主要有水合肼、硼氫化鈉、對苯二胺等，雖然這些還原劑能有效的將氧化石墨烯還原，但是其巨大的毒性限制了推廣和應用。最近，有人又先后用抗壞血酸、葡萄糖、檸檬酸、氨基酸、硫化物等綠色氧化劑，但是他們的還原效果沒有水合肼好。而且，先前的研宄顯示，這種方法導致在石墨分散體中引入了一些雜質和殘余的還原劑。此外，超聲后的氧化石墨烯(GO)分散體的還原導致它親水性的顯著下降并最終導致它們不可逆的聚集和沉淀，這將大大影響石墨烯優異性能的發揮。
【發明內容】
[0003]有鑒于此，本發明的目的在于提出一種可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，通過該方法制備的石墨稀性能穩定。
[0004]基于上述目的本發明提供的一種可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，包括以下步驟:
[0005](I)將膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉、磷鉬酸和去離子水在常溫下攪拌反應；
[0006](2)反應結束后，將步驟(I)所得混合物減壓抽濾，洗滌所得濾餅至中性，并將所述濾餅自然干燥6h ；
[0007](3)將所述濾餅氧化，得到氧化石墨烯GO ；
[0008](4)再對步驟(3)所得物質減壓抽濾，洗滌所得濾餅至中性，并在去離子水中對所得濾餅超聲；
[0009](5)在超聲后的GO溶液里加入PAM(聚丙烯酰胺)分散液，再超聲抽濾；
[0010](6)通過可見光還原，得到可溶性石墨烯復合材料。
[0011]優選地，所述步驟(I)中膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉和磷鉬酸各lg，去離子水20ml，反應時間為1h。
[0012]優選地，所述步驟(3)中通過去離子水和雙氧水各20ml來進行氧化，氧化時間為3h。
[0013]優選地，所述步驟⑷中的超聲在30ml去離子水中完成，超聲時間為30min，以達到完成修飾的目的。
[0014]優選地，所述步驟(5)中PAM分散液為1ml，5mg/ml，超聲時間為30min。取5mg聚丙烯酰胺溶解在Iml蒸餾水中60°C加熱，得到5mg/ml所述PAM分散液。
[0015]優選地，所述步驟￠)中通過可見光PL-X300D專用氙燈光源照射6h來完成還原。
[0016]從上面所述可以看出，本發明提供的可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，通過可見光輻射法還原超聲后的氧化石墨來制備穩定的可溶性石墨烯復合材料，該方法成本低、簡便、快速，不需要用任何光催化劑或者還原劑，實現了大規模的生產綠色環保穩定的可溶性石墨烯復合材料GNs/PAM。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例氧化石墨烯GO的UV圖；
[0018]圖2為本發明實施例樣品可溶性石墨烯復合材料GNs/PAM的UV圖；
[0019]圖3為本發明實施例原料膨脹石墨的SEM圖；
[0020]圖4為本發明實施例氧化石墨的SEM圖；
[0021]圖5為本發明實施例樣品可溶性石墨烯復合材料GNs/PAM的SEM圖；
[0022]圖6為本發明實施例樣品可溶性石墨烯復合材料GNs/PAM的照片。
【具體實施方式】
[0023]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0024]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0025]一種可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，包括以下步驟:稱取膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉和磷鉬酸各lg，以及去離子水20ml，置于50ml的燒杯中，常溫下攪拌反應10h。反應結束后，減壓抽濾，洗滌濾餅至中性，取濾餅自然干燥6h。將濾餅置于50ml燒杯中，加入去離子水和雙氧水各20ml，反應3h，完成氧化過程，得到氧化石墨烯GO。減壓抽濾，洗滌濾餅至中性，放入30ml去離子水中超聲30min，完成修飾過程。在超聲后的氧化石墨烯溶液里加入PAM分散液Iml (取5mg聚丙烯酰胺溶解在Iml蒸餾水中60°C加熱，得到5mg/ml PAM分散液)，再超聲30min后抽濾，取濾液，通過可見光PL-X300D專用氙燈光源照射6h來完成還原過程，得到可溶性石墨烯復合材料。
[0026]對上述氧化石墨烯GO和石墨烯RGO的樣品通過紫外光譜儀(UV) (T6北京普析通用儀器有限公司生產)進行分析:波長為210-400nm(見圖1和圖2)。
[0027]由圖1可以看出，由膨脹石墨制備的氧化石墨在233nm處出現了強吸收峰，這與標準譜圖所示氧化石墨的特征峰相符。說明，由膨脹石墨通過氧化生成了氧化石墨。圖2可以看出，氧化石墨經可見光還原后在233nm處的特征峰消失，同時在270nm處出現了吸收峰，其符合石墨烯的特征峰。這說明氧化石墨經過可見光處理，還原成了石墨烯。氧化石墨經過可見光輻射還原后，石墨烯的結構保持，這與石墨烯的SEM照片分析是一致的。
[0028]對膨脹石墨、氧化石墨和可溶性石墨烯復合材料GNs/PAM的樣品通過日本日立公司生產的S4800型掃描電鏡SEM進行分析(見圖3、圖4和圖5)，其中各參數如下，加速電壓:20kV，放大倍率:25?200.000，分辨率:3.5nm，真空度:6 X 1-6Pa0
[0029]圖3為原料膨脹石墨的SEM圖，可以看出，膨脹石墨外觀呈疏松的長條狀，這是因為天然石墨在熱膨脹過程中二氧化碳等小分子氣體的快速脫離使得石墨發生折疊。
[0030]圖4為氧化石墨烯GO的SEM圖，圖中氧化石墨烯GO是片層結構聚集，這主要是在氧化、清洗、干燥、超聲剝離過程后，GO表面的含氧官能團使層間距增大，減弱了層片之間的作用力，導致部分層片剝離，圖中的GO聚集在一起。
[0031]圖5為可溶性石墨烯復合材料GNs/PAM的SEM圖，可以看出，石墨烯呈片狀結構，其片層很薄且片層的長厚比很大，使其表面積增大，吸附能力增強，表明制得的石墨烯完整性好，具有比膨脹石墨和氧化石墨更大的表面積。
[0032]對可溶性石墨烯復合材料GNs/PAM的樣品拍照，圖6為可溶性石墨烯復合材料GNs/PAM的照片，可以看出，石墨烯復合材料GNs/PAM為可溶性的均一溶液，而不加PAM分散劑生成的石墨烯為不溶性的沉淀物。
[0033]本發明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉、磷鉬酸和去離子水在常溫下攪拌反應； (2)反應結束后，將步驟(I)所得混合物減壓抽濾，洗滌所得濾餅至中性，并將所述濾餅自然干燥； (3)將所述濾餅氧化，得到氧化石墨烯GO; (4)再對步驟(3)所得物質減壓抽濾，洗滌濾餅至中性，并在去離子水中對所得濾餅超聲； (5)在所述超聲后的GO溶液加入PAM(聚丙烯酰胺)分散液，再超聲后抽濾； (6)將濾液通過可見光還原，得到可溶性石墨烯復合材料。
2.根據權利要求1所述的可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，其特征在于，所述步驟(I)中膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉和磷鉬酸各lg，去離子水20ml，反應時間為1h0
3.根據權利要求1所述的可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，其特征在于，所述步驟(2)中的干燥時間為6h。
4.根據權利要求1所述的可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，其特征在于，所述步驟(3)中通過去離子水和雙氧水各20ml來氧化，氧化時間為3h。
5.根據權利要求1所述的可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，其特征在于，所述步驟(4)中的超聲在30ml去離子水中完成，超聲時間為30min。
6.根據權利要求1所述的可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，其特征在于，所述步驟(5)中的PAM分散液，加入量為lml，5mg/ml，超聲時間為30min。
7.根據權利要求1所述的可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，其特征在于，所述步驟(6)中通過可見光照射6h來完成還原。
【專利摘要】本發明公開了一種可見光還原合成可溶性石墨烯復合材料的方法，包括以下步驟：(1)將膨脹石墨、過硫酸鈉、釩酸鈉、磷鉬酸和去離子水在常溫下攪拌反應；(2)反應結束后，減壓抽濾，洗滌濾餅至中性，并將濾餅自然干燥；(3)將濾餅氧化，得到氧化石墨烯GO；(4)再減壓抽濾，洗滌濾餅至中性，并在去離子水中對其超聲；(5)加入PAM分散液，再超聲后抽濾；(6)將濾液通過微波輻射還原，得到可溶性石墨烯納米片。本發明成本低、簡便、快速，不需要用任何光催化劑或者還原劑，實現了大規模的生產綠色環保穩定的可溶性石墨烯分散體。
【IPC分類】C01B31-04
【公開號】CN104591171
【申請號】CN201510027021
【發明人】王珊, 李婷, 王科媛, 金崇君, 毛賢鈞, 葉晨兒
【申請人】寧波卡爾新材料科技有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月20日