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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于石墨烯材料制备
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术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，本专利技术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0.5～8.0mgmL-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。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供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牺牲模板，利用双氰胺或三聚氰胺颗粒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的核壳结构，再采用热退火对氧化石墨烯进行还原，在此过程中，双氰胺或三聚氰胺颗粒保护了氧化石墨烯核层的含氧基团不被还原，并且这些模板在去除后产生了大孔结构，最终制得具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯。本专利技术的制备过程中双氰胺或三聚氰胺颗粒作为牺牲模板，既保护了还原氧化石墨烯内层的含氧基团，又保证了还原氧化石墨烯的大孔结构。本专利技术制备的还原氧化石墨烯材料具有大孔结构，且比表面积大，很容易在涂层中形成致密阻隔层，还具有优异的亲水性，易在水中分散，此外其优异的导电性、导热性和物理阻隔性能，可提高涂料的防腐、防污、阻燃效果等，因此可广泛应用于制备导电涂料、散热涂料、电磁屏蔽涂料、阻燃涂料等高性能水性涂料或功能涂层。附图说明图1是本专利技术实施例2中三聚氰胺粉末的照片；图2中，(a)为实施例2中静置后所得的三聚氰胺@氧化石墨烯沉淀，(b)为经烘干的滤饼；图3是本专利技术实施例2中的具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯的扫描电镜图；图4中，(a)为实施例2制备的具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯的接触角和水溶性图，(b)为对比例1不加入三聚氰胺模板制备的无模板还原氧化石墨烯的接触角和水溶性图；其中，采用的扫描电镜设备型号为日本电子公司的JSM7500F。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行具体描述，以便于所属
的人员对本专利技术的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本专利技术做进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述
技术实现思路
对本专利技术所作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本专利技术的保护范围。同时，下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或提取方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或提取方法。实施例1采用Hummers法制备氧化石墨烯，并用超声剥离法制备氧化石墨烯水溶液。具体方法如下：将高锰酸钾加入到浓硫酸中加热到80℃，加入一定质量的石墨粉在80℃下持续搅拌4h，然后冷却到室温，用1.5L水稀释反应物，用布氏漏斗抽滤、水洗到滤液为中性后得到预氧化石墨，放在通风厨中自然干燥。将预氧化石墨倒入含有浓硫酸的锥形瓶中，用冰水浴控制反应物的温度不高于10℃，在持续搅拌下慢慢加入50g高锰酸钾，将锥形瓶转移到35℃水浴中磁力搅拌2h，然后再次转移到冰水浴中，在锥形瓶中持续搅拌下慢慢加入1L水进行稀释，整个过程温度不超过20℃，最后加入40mL双氧水中和过量的高锰酸钾，静置过夜后倒掉上清液，将沉淀物离心水洗到滤液呈中性。将制备的氧化石墨进行超声处理，可利用高速离心方法浓缩得到不同浓度的氧化石墨烯水溶液(1mgmL-1、2mgmL-1、3mgmL-1和4mgmL-1等)。实施例2向研磨好的2g三聚氰胺粉末(如图1所示)加入100mL经实施例1制得的浓度为2mgmL-1的氧化石墨烯水溶液中，磁力搅拌50min，使得氧化石墨烯片层包覆在三聚氰胺颗粒表面，再将悬浮液静置12h得到三聚氰胺@氧化石墨烯沉淀(如图2中的(a)所示，三聚氰胺@氧化石墨烯沉淀下沉至烧杯底部)，倒去上清液，用布氏漏斗对沉淀进行抽滤后置于60℃烘箱中干燥，得到滤饼，如图2中(b)所示，干燥的滤饼保持了布氏漏斗的形状将滤饼置于180℃烘箱中热退火10h，然后将其放入80℃的热水中磁力搅拌30min，采用布氏漏斗对沉淀进行再次抽滤，再加入大量60℃的热水冲洗以除去三聚氰胺模板，将滤饼置于60℃的鼓风干燥箱中干燥过夜，制得具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯，其微观结构如图3所示，在不同倍数的扫描电镜下可以观察到大孔结构的孔隙直径为1～5μm。实施例3向研磨好的1.5g双氰胺粉末中加入100mL经实施例1制得的浓度为3mgmL-1的氧化石墨烯水溶液中，磁力搅拌60min，使得氧化石墨烯片层包覆在双氰胺颗粒表面。然后，将悬浮液静置15h得到双氰胺@氧化石墨烯沉淀，倒去上清液，抽滤沉淀物后置于60℃烘箱中干燥，得到滤饼，将滤饼置于190℃烘箱热退火12h，然后将其放入异丙醇中磁力搅拌40min，采用布氏漏斗抽滤，再倒入大量异丙醇冲洗除去双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)制备氧化石墨烯水溶液：采用Hummers法制备氧化石墨烯，经过超声剥离制得氧化石墨烯水溶液；/n(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；/n(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。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有大孔结构的亲水性还原氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，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，经过超声剥离制得氧化石墨烯水溶液；
(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。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.5～8.0mgmL-1。


3.根据权利要求1所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪晓东，姜海艳，王瑞，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44