專利名稱：基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料及其制備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種石墨烯基超分子雜化材料及其制備方法，特別是一種基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料及其制備方法，屬于材料制備領域。
背景技術：
石墨稀自2004年被Geim研究小組成功制備以來，源于其優異的物化性能，使其很快成為物理學、化學、材料學等諸多領域的國際熱點課題之一。到目前為止，常采用功能化石墨烯(functionalized graphene)來實現石墨烯的科學應用。該類方法的初始步驟一般要經過石墨的深度氧化成為氧化石墨的過程。
氧化石墨烯(graphene oxide,GO)表面和邊緣含有的大量含氧功能性基團使化學修飾成為可能。即宏量制備石墨烯基納米材料的方法依然以化學方法為主。通過共價或非共價化學修飾解決石墨烯易團聚，很難溶于水及常用有機溶劑等科學問題，這也是目前最重要和最具挑戰的工作之一。目前，石墨烯的有機共價功能化仍占有主導地位，主要包括異氰酸酯法、酯化、酰胺化、硅烷化法、親核取代及相轉移技術等。通過這些改性的方法可以破壞氧化石墨層之間的氫鍵，使得改性后的氧化石墨烯能在有機溶劑中有很好的分散。(I.Niyogi S，Bekyarova E, Itkis M E, McWilliams J L, Hamon M A, Haddon R C.Solution Properties of Graphite and Graphene. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128
(24): 7720 7721. 2. Stankovich S, Piner R, Nguyen S, Ruoff R. Synthesis andexfoliation of isocyanate-treated graphene oxide nanoplatelets. Carbon 2006,44 (15): 3342 3347.)但在上述方法中，材料制備所需的反應溫度一般都比較高(120 °C)，并且調節納米材料的溶劑分散性能需要多次采用毒性較大的偶聯劑，且合成步驟操作繁瑣，難于工業化大規模生產。超分子化學將四大基礎化學有機地融合為一個整體，是研究兩種以上的化學物種通過分子間力相互作用締結而成的具有特定結構和功能的超分子體系的科學。它是一門處于近代化學、材料化學和生命科學交匯點的新興學科。基于氫鍵的超分子自組裝石墨烯雜化材料可以較好地解決這一問題。
發明內容
本發明針對現有技術存在的反應溫度高、操作繁瑣等不足，提供一種基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料。本發明的另一目的是提供一種基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料的制備方法，該方法主要步驟只需在室溫下進行，通過鏈長的改變即可調節材料的溶劑分散性能。并利用超分子自組裝技術，通過簡單的攪拌，過濾等常規操作，在室溫下就可簡單制備，同時可實現在低極性有機溶劑中的高分散及熱穩定性能。
實現本發明目的的技術解決方案為一種基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料，其結構通式為
權利要求
1.一種基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料，其特征在于所述雜化材料具有以下結構
2.根據權利要求I所述的基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料，其特征在于所述雜化材料通過以下步驟制備 步驟I、采用改進后的Hummers方法以天然石墨粉制備氧化石墨固體； 步驟2、制備氧化石墨烯DMF懸浮液； 步驟3、制備二氯亞砜活化的氧化石墨烯； 步驟4、制備4-羥基吡啶功能化的石墨烯基雜化體； 步驟5、制備樹枝狀的有機修飾分子； 步驟6、將步驟5的有機修飾分子的氯仿溶液加入到步驟4的石墨烯基雜化體的DMF懸浮液中，室溫攬祥； 步驟7、減壓過濾、洗滌、干燥后即得到石墨烯基超分子雜化材料。
3.根據權利要求2所述的基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料，其特征在于步驟2中所述的氧化石墨和DMF溶劑的比為7. 5^15 mg/mL，所述的制備條件為超聲下，所述的超聲時間為6 10h ;步驟3中所述的二氯亞砜活化的氧化石墨烯所需的反應溫度為6(Γ80O。
4.根據權利要求2所述的基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料，其特征在于步驟4中所述的氧化石墨和4-羥基吡啶的比為O. 25、. 5 mg/mg,反應溫度為7(Γ90 V。
5.根據權利要求2所述的基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料，其特征在于步驟5中所述的有機修飾分子為沒食子酸與溴代烷合成的有機衍生物，所述的有機修飾分子制備過程中所用的溴代烷為溴乙烷到溴代十六烷的一系列同系物。
6.根據權利要求2所述的基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料，其特征在于步驟6中所述的有機修飾分子與氧化石墨的質量比為2飛1，所述的攪拌時間為2 3天。
7.一種基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 步驟I、采用改進后的Hummers方法以天然石墨粉制備氧化石墨固體； 步驟2、制備氧化石墨烯DMF懸浮液； 步驟3、制備二氯亞砜活化的氧化石墨烯； 步驟4、制備4-羥基吡啶功能化的石墨烯基雜化體； 步驟5、制備樹枝狀的有機修飾分子； 步驟6、將步驟5的有機修飾分子的氯仿溶液加入到步驟4的石墨烯基雜化體的DMF懸浮液中，室溫攬祥； 步驟7、減壓過濾、洗滌、干燥后即得到石墨烯基超分子雜化材料。
8.根據權利要求7所述的基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料的制備方法，其特征在于步驟2中所述的氧化石墨和DMF溶劑的比例為7. 5^15 mg/mL，所述的制備條件為超聲下，所述的超聲時間為ClOh ;步驟3中所述的二氯亞砜活化的氧化石墨烯所需的反應溫度為6(T80 °C。
9.根據權利要求7所述的基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料的制備方法，其特征在于步驟4中所述的氧化石墨和4-羥基吡啶的比例為O. 25、. 5 mg/mg,反應溫度為7(T90 °C，步驟5中所述的有機修飾分子為沒食子酸與溴代烷合成的有機衍生物，所述的有機修飾分子制備過程中所用的鹵代烴為溴乙烷到溴代十六烷的一系列同系物。
10.根據權利要求7所述的基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料的制備方法，其特征在于步驟6中所述的有機修飾分子與氧化石墨的質量比為2飛1，所述的攪拌時間為2 3天。
全文摘要
本發明公開了一種基于氫鍵構筑的功能化石墨烯超分子雜化材料及其制備方法，該功能化石墨烯超分子雜化材料是一種基于超分子自組裝技術借助分子間氫鍵構建而成的納米雜化結構。制備過程主要包括氧化石墨的制備、吡啶酚功能化氧化石墨烯的制備、樹枝狀有機分子的合成及石墨烯基超分子雜化材料的制備三個步驟。本發明合成的雜化材料可以很容易地在室溫條件下進行自組裝，且熱穩定性有很大提高；同時，可通過修飾分子的鏈長改變調節雜化材料在溶劑中的分散性能。再加上合成步驟簡單、高效，可以大量制備，所以具有較好的應用前景和經濟效益。
文檔編號C01B31/04GK102795616SQ201210251659
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日
發明者張樹鵬, 宋海歐, 徐安平, 周江放, 姚冬婷, 錢沁萊, 韓建美, 余榮兵, 羅玉婷 申請人:南京理工大學