一種氨基化氧化石墨烯制造技術

本發(fā)明專利技術提供了一種氨基化氧化石墨烯，由表面羥基活化后的氧化石墨烯和氨源經(jīng)制備后得到。本發(fā)明專利技術以表面羥基活化后的氧化石墨烯為原料，直接加入氨源進行氨基化改性，氧化石墨烯表面的羥基經(jīng)活化后，碳氧鍵變得容易斷裂，因而可以很好地保持氧化石墨烯的片層結構，保持原有特性。

An Amino Graphene Oxide

The present invention provides an aminated graphene oxide, which is prepared from surface hydroxyl activated graphene oxide and ammonia source. The method takes graphene oxide activated by surface hydroxyl as raw material and directly adds ammonia source for amination modification. After the surface hydroxyl of graphene oxide is activated, the carbon-oxygen bond becomes easy to break, thus the lamellar structure of graphene oxide can be well maintained and the original characteristics can be maintained.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種氨基化氧化石墨烯
本專利技術屬于改性石墨烯
，涉及一種氨基化的氧化石墨烯，尤其涉及一種表面氨基化的氧化石墨烯。
技術介紹
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料。它是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。作為一種由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，它是目前進入應用領域中最薄的材料和最強韌的材料；同時石墨烯具有巨大的理論比表面積，物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，可在高工作電壓和大電流快速充放電下保持很好的結構穩(wěn)定性；石墨烯還具有優(yōu)異的導電性，可以降低內(nèi)阻，提高超級電容器的循環(huán)穩(wěn)定性；另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。并且非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。正是由于石墨烯具有上述諸多的優(yōu)異物理化學性質(zhì)，其在儲能材料，環(huán)境工程，靈敏傳感方面被廣泛應用，被稱為“黑金”或是“新材料之王”，而且潛在的應用前景廣大，目前已成為全世界的關注焦點與研究熱點。然而在實際應用中，石墨烯還存在著諸多的問題和制約因素，同時為了應對更加廣泛的應用需求，所以石墨烯的功能化改性在其應用中就顯得尤為重要。而且氧化石墨烯具有與石墨烯相似的平面結構，但是表面含有大量的含氧官能團，如羥基、羧基和環(huán)氧基，所以氧化石墨烯具有比石墨烯更高的活性，能夠更好的應用在一些水性的復合材料改性中。氨基化改性就是其中之一，氨基化改性石墨烯是利用共價鍵將氨基基團與石墨烯相連的改性石墨烯，由于氨基與環(huán)氧基等基團有很好的化學鍵作用，可以與環(huán)氧樹脂等材料進行復合，應用到涂料等領域，如此便可將石墨烯引入到復合材料中。傳統(tǒng)的氨基化氧化石墨烯制備方法通常分為兩種，一種是直接將氧化石墨烯與氨源進行復合，但如果采用非共價鍵改性雖然可以很好地保持氧化石墨烯的結構，但是作用力弱、不穩(wěn)定，限制較多；而采用共價鍵改性雖然相對作用力強、穩(wěn)定，但由于氧化石墨烯的空間位阻較大，所以直接對氧化石墨烯表面改性條件苛刻，反應時間長，而且氧化石墨烯在苛刻的條件下極易發(fā)生卷曲、團聚，破壞其片層結構，導致其原有的特性遭到破壞。另一種是將石墨烯表面進行活化，再與氨基進行復合。但是通常也需要較高的溫度和較長的反應時間，不可避免的會引起石墨烯的卷曲和團聚，影響石墨烯本身的性能。因此，如何能夠?qū)ρ趸┍砻娣€(wěn)定改性，但又能不破壞其片層結構，已成為領域內(nèi)諸多前沿科研人員亟待解決的問題之一。
技術實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術要解決的技術問題在于提供了一種氨基化氧化石墨烯，是一種表面氨基化的氧化石墨烯，本專利技術采用表面羥基活化后的氧化石墨烯為原料進行氨基化改性，可以很好地保持石墨烯的片層結構，從而保持石墨烯的特性。本專利技術提供了一種氨基化氧化石墨烯，由表面羥基活化后的氧化石墨烯和氨源經(jīng)制備后得到。優(yōu)選的，所述表面羥基活化后的氧化石墨烯與所述氨源的摩爾比為1：(2～5)；所述氨源包括氨水、三乙烯四胺、苯胺、乙二胺和對苯二胺中的一種或多種；所述表面羥基活化后的氧化石墨烯包括表面羥基活化后的氧化石墨烯與有機溶劑經(jīng)超聲分散后得到的表面羥基活化后的氧化石墨烯溶液；所述超聲分散的時間為30～60min；所述超聲分散的頻率為30～50KHz。優(yōu)選的，所述表面羥基活化后的氧化石墨烯由以下步驟制得：1)將氧化石墨烯在極性溶劑中分散后，得到氧化石墨烯溶液；2)將上述步驟得到的氧化石墨烯溶液、活化劑和縛酸劑混合后，得到反應體系；3)在無氧的條件下，將上述步驟得到的反應體系加熱反應后，得到表面羥基活化后的氧化石墨烯。優(yōu)選的，所述極性溶劑包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲基亞砜和乙二醇中的一種或多種；所述縛酸劑包括三乙胺、吡啶和4-二甲氨基吡啶中的一種或多種；所述活化劑包括對甲苯磺酰氯、三氟甲磺酸酐、甲烷磺酰氯和二氯亞砜中的一種或多種；所述氧化石墨烯與所述極性溶劑的質(zhì)量體積比為(0.1～2)g：100mL；所述氧化石墨烯與所述活化劑的摩爾比為1：(2～5)；所述氧化石墨烯與所述縛酸劑的摩爾比為1：(4～10)。優(yōu)選的，所述步驟2)具體為：21)將上述步驟得到的氧化石墨烯溶液經(jīng)過脫水處理后，得到脫水氧化石墨烯溶液；22)將上述步驟得到的脫水氧化石墨烯溶液緩慢加入到活化劑和極性溶劑的混合溶液中，排空氧氣后，得到中間體系；23)在無氧的條件下，將縛酸劑和極性溶劑的混合液緩慢加入到上述中間體系中，得到反應體系。優(yōu)選的，所述步驟1)中，所述氧化石墨烯包括氧化石墨烯漿料；所述氧化石墨烯漿料的質(zhì)量分數(shù)為25％～30％；所述氧化石墨烯漿料與所述分子篩的質(zhì)量比為1：(10～20)；所述步驟2)中，所述脫水處理為分子篩脫水處理；所述緩慢加入為滴加；所述無氧的條件包括真空或通入保護性氣體。優(yōu)選的，所述步驟3)具體為：在無氧的條件下，在微負壓和加熱回流的狀態(tài)下，將上述步驟得到的反應體系進行反應后，后處理得到表面羥基活化后的氧化石墨烯；所述反應的溫度為80～90℃；所述反應的時間為4～10h；所述微負壓的壓力為100～120mbar；所述干燥的溫度為50～60℃；所述干燥的時間為12～24h。優(yōu)選的，其特征在于，所述制備的具體步驟為：A)將表面羥基活化后的氧化石墨烯溶液、氨源和有機溶劑混合進行反應后，得到氨基化的石墨烯。優(yōu)選的，所述步驟A)具體為：A1)將氨源和有機溶劑先混合，得到氨源溶液；A2)向上述步驟得到的氨源溶液中，緩慢加入活化后的氧化石墨烯溶液進行反應后，得到氨基化的石墨烯。優(yōu)選的，所述表面羥基活化后的氧化石墨烯與所述有機溶劑的質(zhì)量體積比為(0.1～5)g：100mL；所述有機溶劑包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲基亞砜和乙二醇中的一種或多種；所述反應的溫度為0～40℃；所述反應包括在攪拌的條件下反應和/或在微波的條件下反應；所述攪拌的條件下反應的反應時間為4～8h；所述微波的條件下反應的反應時間為10～30min；所述微波的功率為500～1300W；所述反應后還包括后處理步驟。本專利技術提供了一種氨基化氧化石墨烯，由表面羥基活化后的氧化石墨烯和氨源經(jīng)制備后得到。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術針對現(xiàn)有的氧化石墨烯表面改性方法中非共價鍵改性結合力弱，不穩(wěn)定，而現(xiàn)有的共價鍵改性氧化石墨烯表面的技術操作條件較為苛刻，溫度高，反應時間長，耗能高，不能完整保持石墨烯的片層結構，導致石墨烯卷曲、團聚的缺陷。本專利技術以表面羥基活化后的氧化石墨烯為原料，直接加入氨源進行氨基化改性，氧化石墨烯表面的羥基經(jīng)活化劑活化后，碳氧鍵變得容易斷裂，因而可以很好地保持氧化石墨烯的片層結構，保持原有特性。實驗結果表明，本專利技術采用活化后的氧化石墨烯作原料可以在溫和條件下進行改性反應，使得氨基較容易的連接到氧化石墨烯表面，而且不會改變石墨烯的片層結構。附圖說明圖1為本專利技術實施例1所示的活化工藝的工藝流程簡圖；圖2為本專利技術實施例1制備的羥基活化后的氧化石墨烯的掃描電鏡圖；圖3為本專利技術實施例2制備氨基化氧化石墨烯的工藝流程簡圖；圖4為本專利技術實施例4制備的氨基化的氧化石墨烯的紅外光譜圖；圖5為本專利技術實施例4制備的氨基化的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
1.一種氨基化氧化石墨烯，其特征在于，由表面羥基活化后的氧化石墨烯和氨源經(jīng)制備后得到。

【技術特征摘要】
1.一種氨基化氧化石墨烯，其特征在于，由表面羥基活化后的氧化石墨烯和氨源經(jīng)制備后得到。2.根據(jù)權利要求1所述的氨基化氧化石墨烯，其特征在于，所述表面羥基活化后的氧化石墨烯與所述氨源的摩爾比為1：(2～5)；所述氨源包括氨水、三乙烯四胺、苯胺、乙二胺和對苯二胺中的一種或多種；所述表面羥基活化后的氧化石墨烯包括表面羥基活化后的氧化石墨烯與有機溶劑經(jīng)超聲分散后得到的表面羥基活化后的氧化石墨烯溶液；所述超聲分散的時間為30～60min；所述超聲分散的頻率為30～50KHz。3.根據(jù)權利要求1或2所述的氨基化氧化石墨烯，其特征在于，所述表面羥基活化后的氧化石墨烯由以下步驟制得：1)將氧化石墨烯在極性溶劑中分散后，得到氧化石墨烯溶液；2)將上述步驟得到的氧化石墨烯溶液、活化劑和縛酸劑混合后，得到反應體系；3)在無氧的條件下，將上述步驟得到的反應體系加熱反應后，得到表面羥基活化后的氧化石墨烯。4.根據(jù)權利要求3所述的氨基化氧化石墨烯，其特征在于，所述極性溶劑包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲基亞砜和乙二醇中的一種或多種；所述縛酸劑包括三乙胺、吡啶和4-二甲氨基吡啶中的一種或多種；所述活化劑包括對甲苯磺酰氯、三氟甲磺酸酐、甲烷磺酰氯和二氯亞砜中的一種或多種；所述氧化石墨烯與所述極性溶劑的質(zhì)量體積比為(0.1～2)g：100mL；所述氧化石墨烯與所述活化劑的摩爾比為1：(2～5)；所述氧化石墨烯與所述縛酸劑的摩爾比為1：(4～10)。5.根據(jù)權利要求3所述的氨基化氧化石墨烯，其特征在于，所述步驟2)具體為：21)將上述步驟得到的氧化石墨烯溶液經(jīng)過脫水處理后，得到脫水氧化石墨烯溶液；22)將上述步驟得到的脫水氧化石墨烯溶液緩慢加入到活化劑和極性溶劑的混合溶液中，排空氧氣后，得到中間體系；23)在無氧的條件下，將縛酸劑和極性溶劑的混合液緩慢加入...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：吳開付，張在忠，趙永彬，蔡婷婷，劉海波，
申請(專利權)人：山東歐鉑新材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：山東,37