[发明专利]羟基功能化石墨烯的低温制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型简便的羟基功能化石墨烯的低温制备方法，属于新型碳纳米材料领域。

背景技术

石墨烯是近年发现的一种二维碳原子结构，单层厚度仅为一个原子厚的石墨材料，并且已经成为目前最热门的研究领域之一。石墨烯还是零维富勒烯、一维碳纳米管以及三维石墨的基本结构单元，因而具有许多独特的性质。如大的比表面积、优异的电子传导性质、优异的机械性能以及超轻的质量。这些独特的性质使其在生物技术和生命科学领域具有巨大的应用潜力，它还是制造纳米电子器件——射频晶体管的最佳材料。此外，其功能化的衍生物——氧化石墨烯也是一种重要的功能性材料。

现有的石墨烯的制备方法主要是化学气相沉积法。化学气相沉积法的主要过程是以碳氢化合物为原料，在充当催化剂的金属膜上，高温催化分解原料，在氢气的存在下，从而在其表面得到一层石墨烯。但其需要较高的温度，高温下通入氢气危险性较大以及杂质含量较多而限制了其应用。

发明内容

为解决现有的石墨烯制备方法存在需要高温催化致使危险性较大的技术问题，本发明提供一种羟基功能化石墨烯的低温制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种羟基功能化石墨烯的低温制备方法，其特征在于：将石墨粉和氢氧化钾固体加入到球磨罐体之中，然后在球磨罐体加入进行滚球，再将球磨罐放入球磨机中，在空气鼓风及常温条件下，以200-400转/分的速度连续球磨10-16小时后，用去离子水将球磨产物转移到样品瓶内，然后再用去离子水将未反应的氢氧化钾除去，直至溶液呈中性。

石墨粉和氢氧化物的重量比优选为1：15~1：20，最好是1：20。

本发明中的石墨粉的目数为-100。

本发明中滚球最好选用玛瑙球。因为氢氧化钾的碱性极高，腐蚀性很强，其他球体（如不锈钢铁球或者含铁复合物球体）易被腐蚀。而玛瑙球则不会被腐蚀

上述的玛瑙球的直径为3mm。

上述玛瑙球加入量占玛瑙球磨罐体积的五分之一。

本发明的有益效果是：采用上述方法，可以在常温下获得羟基石墨烯，该羟基石墨烯呈片层结构，其表面含有大量羟基官能团，石墨烯的内部结构保持完好，结晶程度较高。

附图说明

图1为本发明实施例制得的羟基化石墨烯的红外光谱图。

图2为本发明实例制得的羟基化石墨烯的SEM图。

图3为本发明实例制得的羟基化石墨烯的XRD图。

图4为本发明球磨转速考察的结果图。

图5为球磨时间考察的结果图。

具体实施方式

将10mg规格为-100目的鳞片状石墨粉和200mg氢氧化钾固体，加入到250ml的玛瑙球磨罐体之中，加入干燥的直径为3mm的玛瑙球进行球磨，加入量约占玛瑙球磨罐体积的五分之一。然后将球磨罐放入球磨机中，在空气鼓风及常温条件下，以200-400转/分的速度连续球磨10-16小时后，用10ml去离子水将球磨产物转移到20ml的样品瓶内。然后将其装入透析袋内反复更换去离子水将未反应的氢氧化钾除去，直至溶液呈中性。得到分散性良好的羟基石墨烯。

将分散液滴于平整的单晶硅片上，放入真空干燥箱内，真空度为0.1Pa，干燥过夜。通过傅里叶红外光谱仪进行测量后得到石墨烯表面的化学结构；利用透射电子显微镜观察其呈片层结构，X射线衍射分析发现羟基的接枝并没有改变石墨烯的内部结构，结晶度良好。

从图1中可以看出，与加入150mgKOH（即石墨粉和氢氧化物的重量比为1：15）相比，加入200mgKOH（即石墨粉和氢氧化物的重量比为1：20）球磨后，羟基峰明显增强（3400cm-1附近），说明石墨烯表面含有更多的羟基官能团。

由图2中可以看出，通过以上制备方法得到了片状的石墨烯。

从图3中我们可以得知，采用以上制备方法得到的石墨烯内部结晶度良好（峰细而尖），说明采用本方法制备的羟基石墨烯对其内部结构的破坏较小。

从图4中可以看出，当转速为200r/min的时候，得到石墨烯的产物最多（石墨烯的特征吸收峰约位于260nm左右）。

图5. a 图中从左往右依次是球磨4h、8h、16h后产物刚转移到去离子水中的分散情况，我们可以发现球磨4h后产物迅速出现沉淀，而球磨8h和16h的则呈现比较均匀的分散液。图5. b 图是将上述三者溶液过夜静置后的分散情况，发现过夜静置后球磨8h的也出现沉淀，但球磨16h的依然呈现良好的分散状态，从而确认最佳球磨时间为10-16h。