[发明专利]一种具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯及其制备方法

说明书

本发明属于石墨烯材料制备技术领域，公开了一种具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯及其制备方法，采用牺牲模板法，以双氰胺或三聚氰胺颗粒作为模板，与氧化石墨烯片层间的静电作用形成氧化石墨烯片层包覆颗粒模板的核壳结构，再采用热退火对氧化石墨烯进行热还原，在此过程中，双氰胺或三聚氰胺颗粒保护了氧化石墨烯内层的含氧基团不被还原，且这些模板经过溶剂去除后可产生大孔结构，最终制得具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯。本发明制备的还原氧化石墨烯材料具有大孔结构、优异的亲水性和导电性，容易在水中分散，可用于制备高性能水性涂料或功能涂层。

技术领域

本发明属于石墨烯材料制备技术领域，具体涉及一种具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯及其制备方法。

背景技术

自2010年石墨烯获得诺贝尔奖以来，石墨烯基复合材料的开发和应用广泛，尤其是在新能源领域中，研究者们利用石墨烯优良的导电性、高比表面积、柔韧性制备高性能的电极材料，将其应用于超级电容器、锂电池和光催化剂等领域。在石墨烯家族中，采用化学法制备的氧化石墨烯含有大量的羟基、羧基、环氧基，这些含氧基团使得氧化石墨烯具有很好的亲水性，但氧化石墨烯的导电性差，在经水热反应或热退火后生成还原氧化石墨烯，虽然具有优异的导电性能，但因在还原过程中失去含氧基团而丧失亲水性，最后变成憎水的还原氧化石墨烯。现有技术中常采用化学氧化法制备还原氧化石墨烯，但无法使得经过水热反应或热还原后生成的还原氧化石墨烯同时具有导电性和亲水性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯及其制备方法。

为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:

一种具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备氧化石墨烯水溶液：采用Hummers法制备氧化石墨烯，经过超声剥离制备氧化石墨烯水溶液；

(2)形成还原氧化石墨烯包覆物：向步骤(1)的氧化石墨烯水溶液中加入双氰胺或三聚氰胺，搅拌，静置10～24h，除去上清液，将抽滤后所得的滤饼进行热退火处理，得到核芯为双氰胺或三聚氰胺颗粒的还原氧化石墨烯包覆物；

(3)制备具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯：向步骤(2)的还原氧化石墨烯包覆物中加入溶剂，搅拌，抽滤并用溶剂进行洗涤，经过干燥后得到所述具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯。

作为上述方案的进一步改进，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.5～8.0mg mL^-1。

作为上述方案的进一步改进，所述热退火的温度为180-200℃。

作为上述方案的进一步改进，所述双氰胺或所述三聚氰胺经研磨过筛处理。

作为上述方案的进一步改进，所述过筛的筛目为50-5000目。

作为上述方案的进一步改进，所述的溶剂为40-100℃的热水，醇类溶剂包括无水乙醇、异丙醇等。

作为上述方案的进一步改进，所述干燥的温度为40-80℃，优选为60℃。

一种具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯，是根据如上任一项所述的制备方法制得。

如上所述的具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯可应用于制备水性涂料或功能涂层。