[发明专利]基于点击化学的磁性石墨烯三元复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，尤其涉及一种基于点击化学的磁性石墨烯三元复合材料的制备方法。

背景技术

2004年，石墨烯(Graphene Oxide，GO)由英国曼彻斯特大学的两位俄裔科学家Geim和Novoselov通过胶带剥离方法制得，石墨烯具备优良的电学、力学和导热性等优点，其表面存在大量的羧基、羟基、环氧基等活性基团，因而使其具有良好的亲水性、生物相容性及易于化学修饰等特点。石墨烯作为一种新兴的碳纳米材料，其在样品分析前处理方面有着巨大的潜在应用价值，但是，由于石墨烯本身的不溶性以及片层之间存在范德华力和π-π堆积作用，在通常情况下，石墨烯在水和有机介质中容易发生不可逆的聚集和沉淀，这就极大地限制了石墨烯的应用。鉴于此，石墨烯的功能化改性显得尤为重要。

点击化学(Click Chemistry)，是由化学家K B Sharpless在2001年引入的一种合成概念，主要是通过小单元的拼接，来快速可靠地完成行形形色色分子的化学合成，尤其强调开辟以碳-杂原子键(C-X-C)合成为基础的组合化学新方法，并借助这些反应(点击反应)来简单高效地获得分子多样性，是继组合化学之后又一给传统有机合成化学带来重大革新的合成技术，目前在众多研究领域得到迅速发展，并在有机合成、表面改性、生物分子等方面有着广泛的应用。

氧化石墨烯具有和石墨烯相类似的平面结构，在氧化石墨烯的面与边缘上含有大量的基团，如羟基、环氧基、羧基等。石墨烯和氧化石墨烯的点击功能化改性分为两种情况：边缘点击功能化改性和表面点击功能化改性。目前，“点击化学”在石墨烯功能化改性中的主要研究方向是Huisgen 1,3-偶极环加成反应，其反应条件苛刻、操作难度大，而其他类型的点击反应并没有得到充分的应用与研究，例如：(a)Diels-Alder环加成反应；(b)亲核开环反应，特别是张力杂环的亲电试剂开环；(c)非醇醛的羰基化学；(d)碳碳多键的加成反应。因此，新型点击反应的开发与研究仍是石墨烯功能化改性的主要方向。Yang等人采用表面点击功能化改性，以含有氨基的离子液体(IL-NH2)进攻氧化石墨烯表面的环氧基，经亲和开环反应实现了对氧化石墨烯的共价键功能化改性，尽管该法所制备的石墨烯在克服了其在水和有机介质中溶解性问题，但在样品处理过程中尚存在固液相分离困难等不足(H.Yang,C.Shan,F.Li,et al.,Covalent functionalization of polydisperse chemically-converted graphene sheets with amine-terminated ionic liquid,Chem.Commun.2009,3880-3882.)。Yang等人采用边缘点击功能化改性，经多步反应将磁性纳米Fe₃O₄经非共价键作用引入氧化石墨烯上，制备了可在外磁场作用下具有良好固液分离性能的磁性氧化石墨烯二元复合材料，然而，该方法采用的化学共沉淀法对反应条件尤其是反应温度与反应体系pH要求苛刻，且其所得到的纳米Fe₃O₄粒径不均一，形貌不规则，其重复性能有待进一步改善(X.Yang,C.Chen,J.Li,et al.,Graphene oxide and reduced grapheme oxide-iron oxide hybrid materials for the removal of organic and inorganic pollutants,RSC Adv.2012,2,8821.)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种工艺简单、可控且重复性能良好的基于点击化学的磁性石墨烯三元复合材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于点击化学的磁性石墨烯三元复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：采用溶剂热法，将1.0～5.0g三价铁盐加入至10～50mL反应溶剂中，50～60℃下超声分散至溶液清亮；

随后加入1.0～5.0g稳定剂，50～60℃下超声分散0.1～0.5h，再加入0.2～1.0g强碱试剂和5～20.0mL氨基功能试剂，50～60℃下超声分散至溶液清亮；