[发明专利]一种氧化石墨烯微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料领域，具体涉及一种氧化石墨烯纳米微球的制备方法。

背景技术

目前，碳纳米材料一直是科学研究的热点领域。从1985年发现零维的富勒烯，再到1991年发现一维的碳纳米管，兴起了碳纳米材料研究的热潮。2004年,Manchester大学的Geim小组首次利用机械剥离法获得了单层的新型二维原子石墨烯。石墨烯的发现,进一步丰富了碳材料领域的研究。石墨烯是由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成的,其基本结构单元为六个碳原子构成的六元环,其理论厚度仅为0.35nm,是目前所发现的最薄的二维材料。与其它碳材料相比，石墨烯具有更优异的性质。例如，良好的导电性、超大的比表面积、稳定化学性和可进一步加工性等，使其成为具有广泛应用前景的一种新材料。

氧化石墨烯是制备石墨烯的一个重要的前驱体，其表面具有一定量的羧基和羟基官能团，导致氧化石墨烯片层结构出现缺陷，从而表现出与石墨烯迥异的结构和性能。氧化石墨烯片层的表面结构对其性能有着十分重要的影响，现有技术中所制备的氧化石墨烯绝大部分都是平层（flat sheet）结构，这种结构的一个显著的缺陷在于，无法使氧化石墨烯片层具备较高的比表面积，从而阻碍了其在微电子、复合材料、催化、储氢等领域的进一步应用。表面褶皱的（crumpled）氧化石墨烯，其表面的褶皱可以阻止氧化石墨烯片层之间相互叠合，从而使其具有更高的比表面积，便于氧化石墨烯在催化和储氢等领域广泛应用。因此，如何使氧化石墨烯片层形成更多的褶皱，成为当前研究的一个热点。目前，使氧化石墨烯片层形成更多褶皱的一种较好的方法是在800℃下将含有氧化石墨烯或氧化石墨烯和其它材料的混合物的微小气溶胶快速蒸发，从而得到高褶皱的石墨烯片层结构（Jiaxing Huang等，ACS NANO,2011,Vol.5,No.11,p8943-8949）。但是这种方法需要很高的温度，能耗较高，与此同时，该方法无法控制所制备氧化石墨烯的具体结构，不利于进一步获得更大规模的可控有序结构。因此，如何控制氧化石墨烯片层在不损失表面积的前提下形成预期的结构，至今是现有技术中亟待解决的问题。

提高氧化石墨烯比表面积的另一种有效途径是调控其自组装行为，阻止氧化石墨烯片层之间叠合，使原本易于形成层状堆叠的单层石墨烯碎片无序堆积，形成球状或者更复杂的多面体结构。理论上来说，由氧化石墨烯片层交错堆积形成的热力学上稳定的球体将具备更大的孔体积、孔隙率和比表面积。有望在生物医药、催化、萃取分离、储能等领域实现石墨烯的有效利用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种操作简单、成本低廉、生产效率较高的氧化石墨烯微球的制备方法。

本发明的方法能够控制所制备氧化石墨烯的形貌，从而得到具有微球结构的氧化石墨烯。本发明的方法具体包括以下步骤：

(1)提供一表面疏水的固体基底；

(2)将所述固体基底置于玻璃容器的底部，随后向该玻璃容器中加入混合有机溶剂，使混合有机溶剂完全浸没表面疏水的固体基底，所述混合有机溶剂为与水不互溶的有机溶剂选自甲苯、乙酸乙酯和液态烷烃中的一种和乙醇所形成的

(3)然后用微量注射器吸取氧化石墨烯的水溶液，并向玻璃容器的混合有机溶剂中注入一滴氧化石墨烯的水溶液；

(4)将玻璃容器密封，在20-60℃的温度条件下，使氧化石墨烯液滴中的水分不断向混合有机溶剂中溶解扩散；

(5)经过20-120分钟，待氧化石墨烯液滴中的水分完全溶解扩散到有机相中后，即得到氧化石墨烯微球。

按照上述的制备方法，其中步骤(1)中所述表面疏水的固体基底选自石墨基底和聚四氟乙烯基底中的一种，或通过用十八烷基三氯硅烷(OTS)对硅基底或玻璃基底进行疏水修饰而得到。

按照上述的制备方法，其中步骤(2)中的玻璃容器为玻璃瓶，容积在10-30ml之间。

按照上述的制备方法，其中步骤(2)中的混合有机溶剂中，与水不互溶的有机溶剂的体积分数为88%-99%，乙醇的体积分数为1%-12%。

按照上述的制备方法，其中步骤(3)中的氧化石墨烯溶液浓度为0.05-20.0mg/ml，液滴体积为0.1-1.0μl。

按照上述的制备方法，其中步骤(3)中的氧化石墨烯溶液优通过以下方式获得：通过对鳞片石墨，高定向热解石墨或集结石墨进行氧化插层得到氧化石墨，随后加入去离子水并进行超声剥离处理以得到氧化石墨烯溶液。