[发明专利]一种亲水性pH敏感性石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种亲水性pH敏感性石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，是一种由sp²杂化的碳原子构成的单层二维蜂窝状石墨晶体，具有优异的力学、电学和热力学性能。从被发现至今，石墨烯已经引起了世界许多研究工作者的广泛关注，它目前是材料科学和凝聚态物理领域最为活跃的研究对象，在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域展现出广阔的应用前景。然而，结构完整的石墨稀具有大的芳香共轭结构，虽然已有文献报道单层的石墨稀可以在室温环境下稳定存在，但从应用的角度考虑，当大量石墨烯片层在一起时，片与片之间强的相互作用仍然会使其发生聚集，因其纳米尺度的结构而表现出的多种性能也将随其片层的聚集而显著降低甚至消失。因此，解决石墨烯的溶解、分散问题是实现石墨烯广泛应用的一个重要前提。这就需要对石墨烯进行功能化同时，通过功能化还可能使石墨烯具备其他一些新的性能，拓宽其应用领域。

 中国专利CN102145882A报道了一种水溶性石墨烯的制备方法，该方法是首先将石墨氧化成氧化石墨; 然后加入考马斯亮蓝，超声使考马斯亮蓝与氧化石墨发生作用，再加入还原剂反应，获得水溶性石墨烯，但是该方法是基于芳香族水溶性小分子考马斯亮蓝与石墨烯之间的π—π共扼机理制备的水溶性石墨烯，因此有机物与石墨烯之间的作用较弱，必然会影响石墨烯在水溶液中的稳定性。中国专利CN101844762A报道了一种亲水性石墨烯的制备方法，该方法是用Hummers法将鳞片石墨氧化得到氧化石墨，然后将所得的氧化石墨分散在去离子水中，进行超声处理，使氧化石墨剥离成单层的氧化石墨烯片，再加入六次甲基四胺反应，得到在水中稳定分散的石墨烯分散系，但是该方法所制得的石墨烯在水溶液中的稳定性不高，容易发生聚集沉积。中国专利CN101863465A报道了一种可分散于有机溶剂石墨烯的制备方法，该方法利用体积庞大的树枝状取代基功能化氧化石墨烯，使得到的氧化石墨烯可分散于大部分有机溶剂，经水合阱还原后，得到的石墨烯仍然保持优良的有机溶剂分散性能，但是使用该方法制得的石墨烯只能溶于几种特定的有机溶剂，且在制备过程中使用了毒性较强的溶剂—氯化亚砜，存在环境污染的问题。

针对石墨烯功能化过程中存在的问题，我们提出了一种亲水性pH敏感性石墨烯的制备方法，所制备的石墨烯具有良好的亲水性，可以长时间均匀且稳定地分散在水溶液中，且具有pH敏感性。迄今为止，目前国内外还没有关于具有pH敏感性且亲水性的石墨烯的公开文献报道和专利申请。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种亲水性pH敏感性石墨烯的制备方法。

本发明提出的pH敏感性石墨烯的制备方法，首先采用可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT）法，合成一种亲水性聚合物PDMAEMA；其次，在氧化石墨烯的表面异氰酸酯化，再通过聚合物PDMAEMA与异氰酸酯化的氧化石墨烯进一步反应，将亲水性聚合物PDMAEMA接枝到氧化石墨烯表面得到一种亲水性pH敏感性氧化石墨烯；最后，把亲水性pH敏感性氧化石墨烯还原为亲水性的pH敏感性石墨烯。

本发明提出的一种亲水性pH敏感性石墨烯的制备方法，具体步骤如下：

（1）亲水性聚合物PDMAEMA的合成

将35~55 mg 4-氰基戊酸二硫代苯甲酸(CTP)和10~20 mg 4,4’-偶氮-(4-氰基)戊酸(V-501)加入到25 mL的单口瓶中，并加入0.1~1.0 mL有机溶剂使其完全溶解。将1.5~2.5 g甲基丙烯酸二甲胺乙酯（DMAEMA）溶解于5~10 mL去离子水后，调节pH值至4~5后加入到单口瓶中，在氮气保护下置于磁力加热搅拌器的水浴锅中60~80℃反应3~12 h，结束反应后将反应瓶冷却至室温后通大气15~90 min，将产物置于200~800 mL pH值为4.0~5.0的去离子水中透析2~4天，所述透析袋截留分子量为1000，然后冷冻干燥12~72 h，得到亲水性聚合物PDMAEMA。

（2）亲水性pH敏感性氧化石墨烯iGO-PDMAEMA的制备