本发明专利技术公开了一种石墨烯/聚苯胺纳米复合材料、制备方法及应用，属于纳米复合材料制备技术领域。本发明专利技术首先将含有双键的硅烷偶联剂接枝在氧化石墨的表面，进而还原得到在有机溶剂中分散性良好且表面含有双键官能团的石墨烯片，再引入苯胺单体，实现原位聚合，将聚苯胺纳米棒通过共价作用与石墨烯表面结合在一起构建石墨烯基复合材料，不仅可以发挥无机材料和有机材料复配的优势，还能改善石墨烯在极性溶剂中的分散性，具有良好的电化学活性和生物相容性。且制备工艺简单，生产成本低，适于工业化生产应用。该纳米复合材料可以作为催化剂载体材料，诱导金属纳米簇原位生长，不仅能控制纳米簇的负载量，还能实现纳米簇的均匀生长。
【技术实现步骤摘要】
—种石墨烯/聚苯胺纳米复合材料、制备方法及应用
本专利技术具体涉及一种石墨烯/聚苯胺纳米复合材料，以及该纳米复合材料的制备方法和应用，属于纳米复合材料制备
。
技术介绍
石墨烯是一类具有二维碳结构的新型材料，每个碳原子以Sp2杂化形成共价键的方式与另外3个碳原子相连，继而排列成为蜂窝状的晶格。其特殊的单原子层结构决定了它具有优异的电子传输性能、不同寻常的力学强度、热及导电性能，使其在纳米电子、传感、电池、超级电容、氢气存储以及复合材料等领域具有潜在的应用价值。但是，石墨烯优异的物理化学性能起源于其单层石墨片的性质，在构筑石墨烯基复合材料时如何保持石墨烯在基体中高度分散是制备高性能复合材料或电活性材料的关键。由于石墨烯片具有高的比表面积和层之间原本存在的强的范德华力作用，如果没有进行机械隔离或片层修饰，片与片之间很容易团聚或者重新堆垛成石墨结构(Yan, X.，Chen, J.，Yang J.，Xue, Q.，MieleP.，ACS Appl.Mater.8 Interfaces, 2010，2 (9)，2521-2529.)。因此，如何高效改性或者修饰石墨烯材料，使之能够应用于实际的生产研究中成为当前石墨烯研究中一个很具挑战性的重要课题。众所周知，聚苯胺是一类具有优异的可控的电性能、电化学性能、良好的生物相容性、以及合成成本低等优势集于一身的导电高分子材料，被认为是具有实际应用前景的导电聚合物，它在超级电容、化学电源、电致变色、电磁屏蔽、生物和化学传感等领域具有广阔的应用前景(Macdiarmid，A.G., Angew.Chem.1nt.Ed.，2001，40，2581-2529.)。如果将氧化石墨或石墨烯与聚苯胺复合，学者们期望这两种材料的复合能展现出更优异的性能。尽管当前有关石墨烯/聚苯胺复合材料制备的工作越来越多，但如何实现单层或少层石墨烯与聚苯胺的接枝复合依旧是一个难点和热点。目前，制备石墨烯/聚苯胺复合纳米材料的方法可以区分为一步法和两步法。封伟等人在2011年专利(N0.201110431479.0)，罗胜联等人在2011年专利(N0.201110132085.3)以及蒋燕青等人在2012年专利(N0.201210443530.4)中，分别提出采用电化学一步法制备石墨烯/聚苯胺导电复合材料薄膜的方法，具体方法为:将氧化石墨、苯胺、引发剂超声分散形成均匀分散液，将该分散液涂覆在电极表面，并施加电压，即可一步实现氧化石墨的还原和苯胺的聚合；井新利等人在2011年专利(N0.201110293397.4)中提出将聚苯胺纳米纤维分散在氧化石墨中形成复合分散液，然后加入还原剂即可通过一步法得到石墨烯/聚苯胺复合膜。利用一步法制备石墨烯/聚苯胺复合膜，虽然工艺简单，但一般需要借助电化学装置，难易规模化制备，或者两者界面相容性差。两步法制备石墨烯/聚苯胺又可以区分为两种:一种是先形成氧化石墨/聚苯胺的复合物，进而还原；另一种是先制备石墨烯，进而再将石墨烯与聚苯胺复合。宋继霞等人在2010年专利(N0.201010287916.1),徐喜梅等人在2012年专利(N0.201210391321.X)中，分别提出可以先通过原位聚合制备氧化石墨/聚苯胺的复合物，进而再利用还原剂还原得到石墨烯/聚苯胺的复合物。这种方法主要是利用氧化石墨在极性溶剂中良好的分散性这个优势，但由于氧化石墨在极性溶剂中分散量很少，所以利用这种方法只能得到少量的复合物，很难实现规模化生产。为了克服这种弊端，众多学者们开始转向石墨烯的改性，以期得到分散性良好的石墨烯，然后再与聚苯胺复合。邱建丁等人在2011年专利(N0.201110194740.X)，陈玉金等人在2012年专利(N0.201210168862.6)中，直接利用未改性石墨烯与苯胺原位聚合制备了石墨烯/聚苯胺复合物，方法简单，但分散性差。罗静等人在2011年专利(N0.201110379445.1)中，提出先用水合肼还原氧化石墨得到石墨烯，然后将其加入到大分子分散剂中，再与苯胺聚合，制备得到了水分散良好的石墨烯/聚苯胺的复合物；这种方法显著改善了石墨烯/聚苯胺的复合物在水中的分散性，但是存在大分子分散剂的污染。王庚超等人在2011年专利(N0.201110196313.5)中，提出以磺化石墨烯为载体，利用石墨烯与聚苯胺之间的n-n堆垛以及界面相反应，实现了聚苯胺在石墨烯表面的垂直有序排列的阵列结构。不管是上面提及的一步法或者两步法，石墨烯与聚苯胺之间的相互作用利用的是n-n堆垛作用力，属于分子间力的范畴，复合物之间作用力较小，很容易导致复合物之间的分离。为了增强复合物分子之间的作用力，高超等人在2010年专利(N0.201010530369.5)中，提出将乙烯基单体加入到石墨烯的分散液中，通过原位聚合即可以实现聚合物与石墨烯层板的接枝；王艳艳等人在2012年专利(N0.201210390062.9)中，提出先形成氧化石墨/ 二氧化锰杂化物，以对苯二胺为还原剂得到了二氧化锰杂化的石墨烯材料，以二氧化锰作为氧化剂，原位诱导苯胺聚合替代二氧化锰，制得石墨烯/聚苯胺杂化复合物，然而作者并未提及杂化机理以及分散性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种石墨烯/聚苯胺纳米复合材料。同时，本专利技术还提供一种石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备方法。最后，本专利技术还提供一种石墨烯/聚`苯胺纳米复合材料在制备金属催化剂方面的应用。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是:—种石墨烯/聚苯胺纳米复合材料，所述纳米复合材料是在石墨烯材料表面共价引入聚苯胺纳米棒。一种石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤:(I)改性氧化石墨烯的制备:将氧化石墨加入到水醇体系中，pH值控制在8~12，超声10~120min，而后加入硅烷偶联剂，在惰性气体保护下回流2~12h即得；(2)改性石墨烯的制备:在改性氧化石墨烯中继续加入还原剂，在惰性气体保护下回流2~24h，抽滤，洗至中性，干燥即得；(3)石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备:将改性石墨烯分散于水醇体系中，使悬浮液的质量浓度达到I~3mg/ml,超声,依次加入苯胺和过硫酸铵,控制体系pH值为I~3，室温下反应I~24h，再抽滤，洗至中性，干燥即得。所述步骤(1)、(3)中的水醇体系为水醇体积比为(0.5~5):1的混合溶剂。所述步骤(1)中每克氧化石墨加入0.1~Iml的硅烷偶联剂。所述步骤(1)中的硅烷偶联剂为Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、Y-(甲基丙稀酸氧)丙基二乙氧基硅烷、乙烯基二甲氧基硅烷或乙烯基二乙氧基硅烷。所述步骤(2)中还原剂的加入量与氧化石墨的物质的量之比为(I~100):1。所述步骤(2)中的还原剂为水合肼、硼氢化钠、抗坏血酸或柠檬酸钠。所述步骤(2)、(3)中的抽滤为真空抽滤。所述步骤(3)中超声的功率为100~400W。所述步骤(3)中每克改性石墨烯加入I~IOml的苯胺。所述步骤(3)中每毫升苯胺加入0.05~Ig的过硫酸铵。所述步骤(3)控制体系pH值所采用的酸为盐酸、硫酸或高氯酸。一种石墨烯/聚苯胺纳米复合材料在制备金属催化剂方面的应用，包括以下步骤:将石墨烯/聚苯胺纳米复合材料置于金属盐溶液本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯/聚苯胺纳米复合材料，其特征在于：所述纳米复合材料是在石墨烯材料表面共价引入聚苯胺纳米棒。
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/聚苯胺纳米复合材料，其特征在于:所述纳米复合材料是在石墨烯材料表面共价引入聚苯胺纳米棒。2.一种如权利要求1所述的石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)改性氧化石墨烯的制备:将氧化石墨加入到水醇体系中，PH值控制在8~12，超声10~120min，而后加入硅烷偶联剂，在惰性气体保护下回流2~12h即得； (2)改性石墨烯的制备:在改性氧化石墨烯中继续加入还原剂，在惰性气体保护下回流2~24h，抽滤，洗至中性，干燥即得； (3)石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备:将改性石墨烯分散于水醇体系中，使悬浮液的质量浓度达到I~3mg/ml，超声，依次加入苯胺和过硫酸铵，控制体系pH值为I~3，室温下反应I~24h，再抽滤，洗至中性，干燥即得。3.根据权利要求2所述的石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)、(3)中的水醇体系为水醇体积比为(0.5~5):1的混合溶剂。4.根据权利要求2所述的石墨烯/聚苯胺纳米复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中每克氧化石墨加入0.1~Iml的硅烷偶联剂。5.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭淑鸽，刘翠云，吴云骥，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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