一种不对称修饰石墨烯或氧化石墨烯的方法技术

本发明专利技术涉及一种修饰石墨烯的方法，尤其是对石墨烯相反两个平面进行不对称修饰的方法。针对石墨烯因表面能大易团聚易起皱，不易平铺；以及其现有技术中不能同时对石墨烯两面进行不对称修饰等问题，提出一种对石墨烯进行两面不对称修饰的方法。具体包括如下步骤：1)提供石墨烯或氧化石墨烯的水性分散溶液；2)加入与水互不相溶的有机相；3)加入含C10-C18烷基链的季铵盐阳离子表面活性剂，振荡或搅拌使表面活性剂与石墨烯反应，使石墨烯从水相转移组装到有机相／水界面上；4)分别在水相和有机相中添加不同的修饰材料，修饰材料通过吸附分别附着到石墨烯的两面上；5)等吸附平衡后，分离出吸附有修饰材料的石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种修饰石墨烯的方法，尤其是对石墨烯相反两个平面进行不对称修饰的方法。针对石墨烯因表面能大易团聚易起皱，不易平铺；以及其现有技术中不能同时对石墨烯两面进行不对称修饰等问题，提出一种对石墨烯进行两面不对称修饰的方法。具体包括如下步骤：1)提供石墨烯或氧化石墨烯的水性分散溶液；2)加入与水互不相溶的有机相；3)加入含C10-C18烷基链的季铵盐阳离子表面活性剂，振荡或搅拌使表面活性剂与石墨烯反应，使石墨烯从水相转移组装到有机相／水界面上；4)分别在水相和有机相中添加不同的修饰材料，修饰材料通过吸附分别附着到石墨烯的两面上；5)等吸附平衡后，分离出吸附有修饰材料的石墨烯。【专利说明】
本专利技术涉及一种修饰石墨烯的方法，尤其是对石墨烯相反两个平面进行不对称修饰的方法。
技术介绍
石墨烯作为一种厚度只有单个或几个原子，大小却可达几个甚至几十微米的二维纳米薄膜，具有突出的优点，如导电性好，机械强度高等，在电子、光学、传感器、电容器等的广泛的应用价值。经功能化或修饰的石墨烯更突显出优异的特性。但是，因为石墨烯(GS)或氧化石墨烯(GO)表面能大，易团聚成多层或起皱，因而目前大多数的修饰/功能化是在均相体系中，处于对称和非选择性水平。石墨烯的对称修饰很重要，但如果可以实现其非对称或选择性的修饰，会大大扩展石墨烯的应用。如对石墨烯的一个平面进行η型掺杂，而对相反的另一面进行P型惨杂，势必会大大提闻石墨稀的晶体场效应。如何将石墨稀或氧化石墨烯这些二维纳米材料以单层方式且无褶皱地铺展，是实现GS或GO不对称修饰的关键。现有技术中，主要是将石墨烯二维材料铺展在平整光滑的固体衬底，如硅表面上，先对石墨烯裸露的一面用一种材料进行修饰，然后将修饰好的这面用聚合物覆盖，并将固体衬底溶解，使石墨烯的另一面裸露出来，并对其用另一种材料进行修饰，最后再将聚合物也去除，这样就可实现石墨烯相反的两个平面不对称的修饰。该方法采用固体硅衬底作为平铺石墨烯的载体，有利于石墨烯以单层方式且无摺皱的铺展，为其不对称修饰奠定基础，但是此法涉及的步骤较多，石墨烯相反的两个平面必须分步进行修饰，且去除固体硅衬底和聚合物的条件均比较剧烈。因此寻找到合适的载体，可以使石墨烯能够无褶皱的平铺，且无需涉及如此复杂的步骤和剧烈的反应条件，是石墨烯不对称修饰的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对如上所述的石墨烯因表面能大易团聚易起皱，不易平铺；以及其现有技术中不能同时对石墨烯两面进行不对称修饰等问题，提出一种对石墨烯进行两面不对称修饰的方法。本专利技术采用互不相溶的两流动相的相界面作为平铺石墨烯的载体，实现石墨烯两面的不对称修饰，具体包括如下步骤:1)提供石墨烯或氧化石墨烯的水性分散溶液；2)加入与水互不相溶的有机相；3)加入含C10-C18烷基链的季铵盐阳离子表面活性剂，振荡或搅拌使表面活性剂与石墨烯反应，使石墨烯从水相转移组装到有机相/水界面上；4)分别在水相和有机相中添加不同的修饰材料，修饰材料通过吸附分别附着到石墨烯的两面上；5)等吸附平衡后，分离出吸附有修饰材料的石墨烯。本专利技术所述的与水互不相溶是指能够与水形成稳定的有机相/水界面，一般而言，水和有机相两相之间的互溶性越小越好，极性相差越大越好。进一步的，本专利技术的有机相可以选自甲苯、二氯甲烷、1，2 二氯乙烷。进一步的，本专利技术的有机相和水相的体积基本相等或不相等，优选体积基本相等。进一步的，本专利技术的含C10-C18烷基链的季铵盐阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基氯化铵，十二烷基三甲基氢氧化铵，十二烷基三乙基溴化铵，十二烷基三乙基氯化铵，十二烷基三乙基氢氧化铵，十六烷基三甲基溴化铵，十六烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基氢氧化铵；十六烷基三乙基溴化铵，十六烷基三乙基氯化铵，十六烷基三乙基氢氧化铵；优选十二烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基溴化铵。进一步的，本专利技术的阳离子表面活性剂的浓度为0.1-1mg / mL，其用量与水相体积的体积比为0.01-0.1:100。表面活性剂的用量太少，无法使石墨烯或氧化石墨烯有效组装到有机相/水相界面，用量太多会引起水相和有机相的混流。进一步的，本专利技术的石墨烯或氧化石墨烯水性分散溶液的浓度为0.0001-0.005mg / L。石墨烯或氧化石墨烯的用量影响到其在界面组装状态，适量的用量可以使其在有机相水相界面的组装保持为单层状态，这样可以使单层石墨烯的两面分别暴露于不同的体系中，便于不对称修饰。如用量过多，其在有机相水相界面或者以多层的方式，或者起皱，不利于后续的不对称修饰。进一步的，本专利技术的修饰材料为能够溶解于有机相中的常规修饰材料以及能够溶解于水相中的常规修饰材料；优选地，一种修饰材料要在有机相中有较大的溶解性，而在水相中溶解性较低；而另一种修饰材料要在水相中有较大的溶解性，而在有机相中溶解性较低；更优选的，一种修饰材料要在有机相中溶解，而在水相中几乎不溶解；而另一种修饰材料要在水相中溶解，而在有机相中几乎不溶解；最优选的，一种修饰材料为卟啉，另一种修饰材料为硫化铺；进一步的,本专利技术的修饰`材料硫化镉可以是通过水相中反应原位制备的纳米硫化铺。一般的，这两种修饰材料的极性及其与石墨烯或氧化石墨烯的两面作用方式不同，溶于有机相的修饰材料最好是非极性的，含有不饱和键或者苯环，可与氧化石墨烯非极性成分，如π键以π-π共轭作用吸附；而溶于水相的修饰材料最好是极性的，可与石墨烯或氧化石墨烯表面的极性成分，如羟基、酮基、羧基等含氧负电集团以范德华引力或静电力相互作用而吸附。有益效果本专利技术将两互不相溶的有机相/水相界面作为平铺石墨烯的载体以实现其两面不对称修饰，与已有报道中“采用固体硅衬底作为平铺石墨烯的载体分多步进行不对称修饰”的方法相比有以下几个突出的性能特点:(I)平铺石墨烯的载体不同。本专利技术采用两互不相溶的有机相水相界面作为平铺石墨烯的载体，分子在两有机相水相界面之间活跃度高，可有效修复石墨烯在组装过程中缺陷，有利于石墨烯在有机相水相界面以单层方式平铺；此外石墨烯在有机相水相界面组装，可使石墨烯相反的两个平面同时裸露，对其修饰可同时。而已有报道中，采用固体硅衬底作为平铺石墨烯的载体，在组装中一旦产生缺陷，几乎无法修复；且石墨烯只有一个平面裸露，一次只能对一个平面进行修饰。(2)石墨烯不对称修饰涉及步骤及复杂程度不同。本专利技术对石墨烯的不对称修饰涉及的步骤少且温和，主要有两个关键步骤，一是完成石墨烯在有机相水相界面的组装，二就是选择合适的修饰材料加入两互不相溶的有机相水相两相。而已有报道中，对石墨烯的不对称修饰涉及步骤繁多且剧烈。因每次只能对石墨烯的一面进行修饰，而需要将另一面遮盖，因此步骤较多，且需要将硅衬底溶解，一般采用氟化氢，反应比较剧烈。(3)石墨烯与修饰材料之间作用力不同。本专利技术中石墨烯与修饰材料之间的作用力也比较温和，一般是共轭作用，或静电吸引。一般情况下，对油相一侧的石墨烯平面修饰的,修饰材料和石墨烯之间多以π-Ji共轭作用；对水相一侧的石墨烯平面修饰的，修饰材料和石墨烯之间多以静电引力。而已有报道中，因为涉及步骤多且反应过程较为强烈，因此一般采用化学键作用，需要先将石墨烯表面功能化，然后再利用这些官能团与修饰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不对称修饰石墨烯或氧化石墨烯的方法，其特征在于，采用互不相溶的两流动相的相界面作为平铺石墨烯或氧化石墨烯的载体，实现石墨烯或氧化石墨烯两面的不对称修饰，具体包括如下步骤：?1)提供石墨烯或氧化石墨烯的水性分散溶液；?2)加入与水互不相溶的有机相；?3)加入含C10?C18烷基链的季铵盐阳离子表面活性剂，振荡或搅拌使表面活性剂与石墨烯反应，使石墨烯从水相转移组装到有机相/水界面上；?4)分别在水相和有机相中添加不同的修饰材料，两种修饰材料分别附着到石墨烯的两面上；?5)吸附平衡后，分离出吸附有修饰材料的石墨烯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高丽丽，李长明，张卫珂，李育珍，高利珍，闫少辉，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：