專利名稱：一種生物相容性石墨烯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物相容性石墨烯的制備方法，特別涉及通過生物還原劑還原氧 化石墨得到能在水中穩(wěn)定分散的石墨烯的方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是由碳原子在二維空間上緊密堆積成六邊形晶格結(jié)構(gòu)的一種新型材料， 是組成1維碳納米管0維富勒烯和石墨的基本單元。自從Novoselov等采用機械剝離熱 解石墨獲得獨立存在的石墨烯以來，由于其優(yōu)異的機械性能和物理性能，迅速成為材料科 學(xué)研究的熱點，目前石墨烯的研究已經(jīng)在基礎(chǔ)研究廣泛展開，有進(jìn)一步實現(xiàn)應(yīng)用的可能。 大規(guī)模制備石墨烯的方法有化學(xué)剝離法[D.Li et al.，Nat Nanotech.，2008，3，101]， 熱剝離法[H. C. Schni印ρ et al.，J Phys Chem B.，2006，110，8535]，CVD 法[中國專利 200810113597]、外延生長法[中國專利200780005630]等。其中化學(xué)剝離法有產(chǎn)量高、條 件容易控制等優(yōu)點，是目前用得最廣泛的一種方法?；瘜W(xué)剝離法的關(guān)鍵在于尋找合適的還 原劑，目前所用的還原劑主要有水合胼、對苯二胺等，然而這些無機還原劑雖然能有效的將 氧化石墨還原，但是其巨大的毒性大大限制了推廣和應(yīng)用，同時獲得的石墨烯也不能在水 等溶劑中穩(wěn)定分散。為了尋找更加有效又綠色的還原劑，Jiali ^iang等人用抗壞血酸作 還原劑制備出石墨烯[JialiZhang et al.，Chem. Commun.，2010，46，1112-1114]，但是其制 備的石墨烯團聚嚴(yán)重，將限制石墨烯本身優(yōu)越的特性，隨后Chengzhou Zhu等人用葡萄糖還 原制備出石墨烯[Chengzhou Zhu et al. ,ACS Nano，2010，4 ，對四]，由于葡萄糖的還原 性較差，制備的石墨烯含氧量較高。因此尋找有效而綠色的還原劑，是化學(xué)剝離法制備石墨 烯的又一重要趨勢。同時隨著生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對生物相容性材料的需求越來越 多，例如生物骨移植材料、腎透析膜、心臟起搏器等都要求具有和人體組織器官很高相容性 的生物材料。利用氨基酸等生物相容性的還原劑制備出來的石墨烯具有良好的生物相容 性，而石墨烯眾多優(yōu)異的機械性能和物理性能對生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展具有重要的意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種通過含巰基類氨基酸及其衍生物 制備單層石墨烯的方法，利用巰基的還原作用制備出可在水中穩(wěn)定分散的單層石墨烯，表 現(xiàn)出很好的生物相容性，其作為超級電容器電極材料性能優(yōu)越。
本發(fā)明制備工藝步驟順序如下
(1)通過Hummer法制備氧化石墨；
(2)將氧化石墨放入水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為0. 25g/L lg/L的 氧化石墨烯溶液，再向所述的氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水；
(3)將還原劑溶于水中，形成質(zhì)量濃度為0. 25g/L 2g/L的水溶液，其中所述的還 原劑為谷胱甘肽和半胱氨酸中的一種；
(4)將步驟( 配制的氧化石墨烯溶液和步驟C3)配制的還原劑水溶液混合均勻，將所得混合溶液置于油浴條件下攪拌，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨煉。
上述步驟O)中所述的氨水用量為使氧化石墨烯溶液PH值調(diào)整至3.0 11.0。
上述步驟(4)中所述的氧化石墨和還原劑的質(zhì)量比為100 1 1 100。
上述步驟(4)中油浴溫度為25°C 120°C，攪拌時間為1 48小時。


圖1是本發(fā)明實施例1石墨烯透射電鏡照片；
圖2是本發(fā)明實施例1石墨烯原子力顯微鏡照片。
具體實施方式
實施例1
(1)取Ig天然石墨、Ig硝酸鈉、46mL濃硫酸，將其混合均勻置于冰浴(0°C )條件下 攪拌4小時，然后向反應(yīng)物中慢慢加入6g高錳酸鉀，在室溫(25°C )下繼續(xù)攪拌2小時，將 98mL水慢慢加入反應(yīng)物中，然后將反應(yīng)物轉(zhuǎn)移到98°C水浴中攪拌15分鐘，加入200mL50°C 的溫水和20mL雙氧水，趁熱用鹽酸離心(8000轉(zhuǎn)/分鐘)洗滌一次，水離心(8000轉(zhuǎn)/分 鐘)洗滌三次，最后將亮黃色的沉淀物烘干得到氧化石墨。
(2)將0. Ig氧化石墨放入IOOmL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為Ig/ L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào)整至 10. 0 ；
(3)將0. Ig谷胱甘肽溶于50mL水中，形成質(zhì)量濃度為2g/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和半胱氨酸水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于90°C油浴條件下攪拌M小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
實施例2
(1)用與實施例1相同的工藝步驟制備氧化石墨；
(2)將0. Ig氧化石墨放入200mL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為0.5g/ L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào)整至 10. 0 ；
(3)將0. Ig谷胱甘肽溶于50mL水中，形成質(zhì)量濃度為2g/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和谷胱甘肽水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于90°C油浴條件下攪拌M小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
實施例3
(1)用與實施例1相同的工藝步驟制備氧化石墨；
(2)將0.05g氧化石墨放入200mL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為 0. 25g/L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào) 整至10. 0 ；
(3)將0. 05g谷胱甘肽溶于25mL水中，形成質(zhì)量濃度為2g/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和谷胱甘肽水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于90°C油浴條件下攪拌M小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
實施例4
(1)用與實施例1相同的工藝步驟制備氧化石墨；
(2)將0. Ig氧化石墨放入IOOmL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為Ig/ L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào)整至 11. 0 ；
(3)將0. Ig谷胱甘肽溶于IOOmL水中，形成質(zhì)量濃度為lg/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和谷胱甘肽水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于90°C油浴條件下攪拌M小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
實施例5
(1)用與實施例1相同的工藝步驟制備氧化石墨；
(2)將0. 05g氧化石墨放入50mL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為Ig/ L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào)整至 11. 0 ；
(3)將0. 05g谷胱甘肽溶于200mL水中，形成質(zhì)量濃度為0. 25g/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和谷胱甘肽水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于90°C油浴條件下攪拌M小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
實施例6
(1)用與實施例1相同的工藝步驟制備氧化石墨；
(2)將0. Olg氧化石墨放入IOmL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為Ig/ L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào)整至 9. 0 ；
(3)將Ig半胱氨酸溶于IOOOmL水中，形成質(zhì)量濃度為lg/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和半胱氨酸水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于90°C油浴條件下攪拌M小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
實施例7
(1)用與實施例1相同的工藝步驟制備氧化石墨；
(2)將Ig氧化石墨放入IOOOmL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為lg/L的 氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào)整至8. 0 ；
(3)將0. Olg半胱氨酸溶于IOmL水中，形成質(zhì)量濃度為lg/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和半胱氨酸水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于90°C油浴條件下攪拌M小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
實施例8
(1)用與實施例1相同的工藝步驟制備氧化石墨；
(2)將0. Ig氧化石墨放入IOOmL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為Ig/ L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào)整至 7. 0 ；
(3)將0. Ig谷胱甘肽溶于IOOmL水中，形成質(zhì)量濃度為lg/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和谷胱甘肽水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于90°C油浴條件下攪拌48小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
實施例9
(1)用與實施例1相同的工藝步驟制備氧化石墨；
(2)將0. Ig氧化石墨放入IOOmL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為Ig/ L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào)整至 6. 0 ；
(3)將0. Ig谷胱甘肽溶于IOOmL水中，形成質(zhì)量濃度為lg/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和谷胱甘肽水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于90°C油浴條件下攪拌1小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
實施例10
(1)用與實施例1相同的工藝步驟制備氧化石墨；
(2)將0. Ig氧化石墨放入IOOmL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為Ig/ L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào)整至 5. 0 ；
(3)將0. Ig谷胱甘肽溶于IOOmL水中，形成質(zhì)量濃度為lg/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和谷胱甘肽水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于120°C油浴條件下攪拌M小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
實施例11
(1)用與實施例1相同的工藝步驟制備氧化石墨；
(2)將0. Ig氧化石墨放入IOOmL水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為Ig/ L的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水，使PH值調(diào)整至 3. 0 ；
(3)將0. Ig谷胱甘肽溶于IOOmL水中，形成質(zhì)量濃度為lg/L的水溶液；
(4)將配置好的氧化石墨烯溶液和谷胱甘肽水溶液混合均勻，將所得混合溶液置 于25°C油浴條件下攪拌M小時，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
權(quán)利要求
1.一種生物相容性石墨烯的制備方法，其特征在于其工藝步驟順序如下(1)通過Hummer法制備氧化石墨；(2)將氧化石墨放入水中超聲分散，形成均勻分散、質(zhì)量濃度為0.25g/L lg/L的氧化 石墨烯溶液，再向所述的氧化石墨烯溶液中滴加質(zhì)量濃度為的氨水；(3)將還原劑溶于水中，形成質(zhì)量濃度為0.25g/L 2g/L的水溶液；(4)將步驟( 配制的氧化石墨烯溶液和步驟( 配制的還原劑水溶液混合均勻，將所 得混合溶液置于油浴條件下攪拌，反應(yīng)完畢后，將混合物過濾洗滌、烘干后得到石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容性石墨烯的制備方法，其特征在于所述的氨水用 量為使氧化石墨烯溶液PH值調(diào)整至3. 0 11. 0 ；所述的還原劑為半胱氨酸和谷胱甘肽中 的一種；氧化石墨和還原劑的質(zhì)量比為100 1 1 100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物相容性石墨烯的制備方法，其特征在于所述制備方法 的步驟中油浴溫度為25°C 120°C，攪拌時間為1 48小時。
全文摘要
一種生物相容性石墨烯的制備方法，將制備的氧化石墨超聲分散得到氧化石墨烯溶液，將氧化石墨烯溶液與含巰基類的氨基酸及其衍生物混合均勻后，置于油浴中反應(yīng)一定時間，得到石墨烯產(chǎn)物，將該產(chǎn)物真空抽濾后得到穩(wěn)定分散的單層石墨烯。本發(fā)明工藝條件簡單，無毒環(huán)保，制備的石墨烯能穩(wěn)定分散于水溶液中，表現(xiàn)出很好的生物相容性，其作為超級電容器電極材料性能優(yōu)越。
文檔編號C01B31/04GK102030325SQ20101053517
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者余鵬, 張大成, 張熊, 王長慧, 陳堯, 馬衍偉 申請人:中國科學(xué)院電工研究所