一種利用水油界面大量制備雙面石墨烯納米片的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及利用油相和水相構筑水油界面對氧化石墨烯進行選擇性表面化學修飾，達到大量制備雙面石墨烯納米片的目的，屬于化學合成技術領域。
【背景技術】
[0002]石墨烯是一種碳原子在二維空間以六角網(wǎng)格狀形式排列而成的新型炭材料。由于其具有獨特的物理化學性能，近年來受到科學家的廣泛關注。雙面石墨烯是一種通過對二維石墨烯的兩面進行不同的修飾或處理，而使其兩面具有不同物理化學性能的石墨烯材料。
[0003]為更加充分利用石墨烯本身的優(yōu)異性能，同時拓展石墨烯的應用領域，通過物理化學方法對石墨烯進行改性，從而使其具有特殊性能，得到特定石墨烯基衍生物或復合材料的報道已經(jīng)很多。但是其中絕大多數(shù)報道針對石墨烯的均勻修飾，即通過修飾使石墨烯兩面均表現(xiàn)出相同的物理化學性能。近幾年來，研究人員利用石墨烯的邊緣位置和片層上的反應活性的差異，實現(xiàn)了石墨烯的邊緣位的選擇性修飾。但是由于石墨烯兩面的化學性質相同，對其片層單面進行選擇性修飾，而制備雙面石墨烯的報道仍非常少。Dai等[Dingshan Yu, et al.Angew.Chem., 2011, 123, 6705-6708]和 Peng 等[LimingZhang, er al.Nat.Commun., DO1: 10.1038/ncomms2464]利用聚合物覆蓋和轉移的方法，分別實現(xiàn)了對石墨烯面的選擇性修飾，得到雙面石墨烯材料。但是此方法技術復雜，不易實現(xiàn)雙面石墨烯的大量制備。
[0004]由化學液相氧化法制備石墨烯納米片時，可得到中間產(chǎn)物氧化石墨烯納米片。其作為一種石墨烯衍生物，在化學合成、修飾、改性得到不同功能石墨烯基材料中扮演著重要的角色。由于其片層的大面積共軛η鍵結構提供了強烈的疏水性質，而大量的極性含氧官能團又提供了強烈的親水性質，故氧化石墨烯具有獨特的兩親性能，其分散于水油混合液時可以吸附在水油界面而形成乳液。
[0005]利用氧化石墨烯的兩親性，本發(fā)明提出了一種利用水油界面對氧化石墨烯進行選擇性修飾，大量制備雙面石墨烯納米片的方法。

【發(fā)明內容】

[0006]將氧化石墨烯分散于水油混合物中，利用油和去離子水構筑水油界面，利用溶于油不溶于水的修飾劑對氧化石墨烯納米片進行選擇性修飾，得到雙面石墨烯納米片。
[0007]第一步:利用液相氧化法制備氧化石墨烯納米片；
第二步:將一定量的氧化石墨烯分散于一定量的去離子水中；
第三步:將一定量的溶于油而不溶于水的修飾劑分散于油中；
第四步:將兩溶液混合，輔以快速機械攪拌，并在一定溫度下反應一定時間；
第五步:將所得產(chǎn)物進行離心洗滌，得到雙面石墨烯納米粒子。
[0008]本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是:在氧化石墨烯制備過程中，可以利用硫酸、硝酸、磷酸等為液相，利用高錳酸鉀、硝酸鈉、氯酸鉀、重鉻酸鉀等作為氧化劑；
本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是:氧化石墨烯分散液濃度可以為0.00Γ1 mg/ml ；
本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是:所用的油是由飽和和不飽和鏈狀脂肪酸，以及由直連脂肪酸與甘油生成的酯類物質所組成。
[0009]本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是:修飾劑油相分散液濃度可以為0.00Γ1000 mg/ml ； 本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是:機械攪拌速率為300~5000 rpm ；
本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是:反應溫度可以為20~98攝氏度，反應時間可以為0.5~24小時。
[0010]本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是:離心分離轉速為3000~15000 rpm，離心時間為
0.5~60分鐘，洗滌溶劑為水、乙醇、丙酮、甲苯、石油醚等。
[0011]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:利用水油界面對石墨烯進行選擇性修飾，方法簡單、普適，所用原料成本低廉，其產(chǎn)率大，產(chǎn)品純度高，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0012]下面結合實施例對本發(fā)明進行詳細說明:
實施例1
通過改進的Hmnmers’法,利用濃硫酸、硝酸鈉、高猛酸鉀和石墨制備氧化石墨烯納米片。將所得氧化石墨烯50mg分散于10ml去離子水中，將10mg十八燒基胺分散于10ml花生油中。將分散液進行混合，在2000rpm機械攪拌下85度反應6h，將產(chǎn)物在1000rpm下離心5分鐘進行分離，并利用乙醇進行洗滌，得到雙面石墨烯納米片。將所得到的雙面石墨烯納米片分別組裝在親水硅基板和疏水玻璃基板上，通過接觸角測試表明，親水硅基板表面變?yōu)槭杷裕杷ＡЩ灞砻孀優(yōu)橛H水性，說明所得到的石墨烯納米片兩面具有不同的物理化學性質，其為雙面結構。
[0013]實施例2
通過改進的Hmnmers’法,利用濃硫酸、硝酸鈉、高猛酸鉀和石墨制備氧化石墨烯納米片。將所得氧化石墨烯1mg分散于10ml去離子水中,將10mg十六燒基胺分散于10ml橄欖油中。將分散液進行混合，在3000rpm機械攪拌下85度反應6h，將產(chǎn)物在1000rpm下離心5分鐘進行分離，并利用乙醇和丙酮進行洗滌，得到雙面石墨烯納米片。
[0014]實施例3
通過改進的Staudenmaier’法,利用濃硫酸、濃硝酸、氯酸鉀和石墨制備氧化石墨烯納米片。將所得氧化石墨烯80mg分散于200ml去離子水中，將10mg十八燒基胺分散于200ml橄欖油中。將分散液進行混合，在4000rpm機械攪拌下80度反應12h，將產(chǎn)物在1000rpm下離心5分鐘進行分離，并利用乙醇和丙酮進行洗滌，得到雙面石墨烯納米片。
[0015]以上已對本發(fā)明的較佳實施例進行了具體說明，但本發(fā)明并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【主權項】
1.一種利用水油界面大量制備雙面石墨烯納米片的方法，其特征在于: 利用氧化石墨烯為原料，利用去離子水和油構筑水油界面，進行雙面石墨烯納米片的大量制備。2.如權利要求1所述的雙面石墨烯納米片的制備方法，其特征在于:可用的油為直連飽和或不飽和脂肪酸，以及由長鏈脂肪酸與甘油所形成的酯類物質所組成。3.如權利要求1、2所述的雙面石墨烯納米片的制備方法，其特征在于:修飾試劑可以是溶于油而不溶于水的化學試劑，如長鏈胺類物質，長鏈醇類物質，長鏈羧酸等。4.如權利要求1、2、3所述的雙面石墨烯納米片的制備方法，其特征在于:將氧化石墨烯分散于水油混合液中，利用快速機械攪拌構建水油界面，進行選擇性修飾。5.如權利要求1、4所述的雙面石墨烯納米片的制備方法，其特征在于:利用離心方法對雙面石墨烯納米片進行分離。
【專利摘要】本發(fā)明利用油相和水相構筑水油界面，利用溶于油不溶于水的修飾劑對氧化石墨烯納米片進行選擇性表面化學修飾，達到大量制備雙面石墨烯納米片的目的，屬于化學合成技術領域。
【IPC分類】C01B31/04, B82Y30/00
【公開號】CN105585002
【申請?zhí)枴緾N201410564715
【發(fā)明人】宋懷河, 張?zhí)K, 柳逸凡, 趙澤宇, 陳曉紅
【申請人】北京化工大學
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2014年10月22日