[发明专利]一种氧化石墨烯自支撑超薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯自支撑超薄膜的制备方法，属于材料化学层层自组装及制备技术领域。

背景技术

层层自组装技术(Layer-by-LayerSelf-AssembledTechnique,LbL)，是超分子化学的一个重要分支，所谓层层自组装技术就是一种多层膜的沉积技术，通过逐层交替沉积的方法，利用层与层之间的弱相互作用，如：静电引力、氢键、配位键等，使层与层之间相互吸引自发的缔合成结构完整且具有某些特定功能的超分子结构或分子聚集体。而且其制备方法简单有效，在膜材料方面已被人们接受，该技术具有众多优点，首先可以在非平面基底制备面积较大的多层膜，可以随意调控膜材料的结构与组成，在这一点上是其他膜材料制备技术所无法实现的。因此，充分发挥层层自组装技术在制备多层膜材料方面的优势对于功能性膜材料的制备具有重要的意义。也可以利用层层自组装技术，改变构筑基元的种类和多层膜沉积过程的先后顺序，并结合一些其他手段来调控膜材料的化学组成与微观结构，这样可以制备出集多功能于一身的多层膜材料。

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的单原子层平面薄膜，是一种新型二维无机纳米材料，具有很好的化学稳定性，是电和热的良导体，具有极高的机械强度，在电池电极、超级电容器、膜分离、薄膜器件等领域有着广泛的应用前景。氧化石墨烯是石墨烯的一种重要的衍生物，它的结构与石墨烯大体相同，只是在一层碳原子构成的二维空间无限延伸的基面上连有羰基、羟基、羧基等的官能团，与石墨烯相比，氧化石墨烯有更加优异的性能，其不仅具有良好的润湿性能和表面活性，而且能被小分子或者聚合物插层后剥离，在改善材料的热学、电学、力学等综合性能方面发挥着非常重要的作用。

有不少专家学者对氧化石墨烯的制备及应用进行了深入研究，其中氧化石墨烯复合材料的发展十分迅速，进一步拓展了氧化石墨烯的应用领域。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于提供一种氧化石墨烯自支撑超薄膜的制备方法，以增加氧化石墨烯在光热转换，有机染料检测、光热转换、过滤方面的应用。

本发明解决其技术问题的技术方案为：

本发明一种氧化石墨烯超薄膜的制备方法，所述方法为：利用层层自组装的方法，首先将在浓硫酸/双氧水混合溶液中洗干净的石英片在聚丙烯胺盐酸盐PAH溶液中浸泡一段时间，然后用去离子水洗干净，氮气吹干，接着在氧化石墨烯分散液中浸泡相同时间，去离子水洗干净，氮气吹干，重复进行上述步骤，直到得到想要的层数，最外层为聚丙烯胺盐酸盐，然后在双官能团的小分子光交联剂4,4'-二叠氮二苯乙烯-2,2'-二磺酸钠DAS浸泡，使其渗透到薄膜内部，通过紫外辐照引发层间和层内交联，增强薄膜的稳定性，接着把石英片放入氢氧化钠溶液中浸泡，破坏PAH与石英片基底之间的相互作用，使石英片上的薄膜发生脱落，然后把石英片放入水中，揭下石英片表面薄膜，即得到制备的氧化石墨烯自支撑超薄膜。

所述方法步骤为：

a将0.1-0.4mg/mL的氧化石墨烯超声1-3小时，使其完全分散在去离子水中；

b将0.5-2mg/mL聚烯丙胺盐酸盐溶液用氢氧化钠调节其pH值到9-10；

c将石英片放入体积比为(7:3-3:1)的浓硫酸：双氧水溶液中洗涤30-60min，然后用去离子水洗去多余的硫酸；

d利用层层自组装的方法，将石英片在聚丙烯胺盐酸盐溶液浸泡10-20min，然后在去离子水中清洗，用氮气吹干；接着在氧化石墨烯溶液中浸泡10-20min，然后在去离子水中清洗2-3次，用氮气吹干，上述过程重复进行，直到得到想要的层数，最外层为聚丙烯胺盐酸盐；

e4-6mg/mL双官能团的小分子光交联剂4,4'-二叠氮二苯乙烯-2,2'-二磺酸钠DAS，用盐酸调节其pH值到3.8-4.0；

f将d步骤中长好膜的石英片，浸入DAS溶液中，浸泡30-40min，然后在去离子水中清洗2-3次，用氮气吹干；接着在功率为400W的高压汞灯下紫外辐照5-15min；

g把经过f步骤处理过的石英片放入0.1-1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡0.5-1h，然后把石英片放在水中，用镊子将石英片表面的薄膜揭下，即制得产物。

本发明增加了氧化石墨烯在光热转换，有机染料检测、光热转换、过滤方面的应用。