專利名稱：一種層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜及其制法，具體地說，是用電沉積法制備的石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜。
背景技術(shù)：
納米材料因其具有大的表面體積比、高的活性、特殊的電學(xué)性能和獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)而引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注，因?yàn)樗鼈儫o論是在基礎(chǔ)科學(xué)研究還是在技術(shù)應(yīng)用方面都具有極其重大的意義[參見(a)C.M.Lieber，Solid State Commun. 1998,107,607. (b) J. Hu, Τ. W. Odom, C. Μ. Lieber, Acc. Chem. Res. 1999，32，435. (c) P. Yang, Y. Wu, R. Fan, Inter. J. Nanosci. 2002,1,1. (d)G. R. Patzke, F. Krumeich, R. Nesper, Angew. Chem. Int. Ed. 2002,41,2446.]。石墨烯是單層碳原子面的二維結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是材料科學(xué)領(lǐng)域的冉冉升起的新星，它擁有巨大的比表面積和優(yōu)異的電導(dǎo)、熱導(dǎo)和機(jī)械性能，應(yīng)用前景廣泛[參見 A. K. Geim,K. S. Novoselov,Nat. Mater. 2007，6，183]。且基于石墨烯的納米復(fù)合材料由于具有提高的電學(xué)、熱學(xué)性能和良好的生物相容性而備受關(guān)注。石墨烯基復(fù)合材料包括金、鉬、 量子點(diǎn)、鈀、Ti02、Zn0、聚苯胺和聚吡咯等已有文獻(xiàn)報(bào)道[參見(a) R. Muszynski，B. Seger, P. V. Kamat, J. Phys. Chem. C 2008，112，5263. (b) C. Xu, X. Wang, J. Zhu, J. Phys. Chem. C 2008，112，19841. (c)D. Wang, D. Choi, J. Li, Z. Yang, Z. Nie, R. Kou, C. Wang, L. V. Saraf, J. Zhang, I. A. Aksay, J. Liu, A CS Nano 2009,3,907. (d) J. M. Lee, Y. B. Pyun, J. Yi, J. W. Choung, W. Park, J. Phys. Chem. C 2009，113，19134. (e) S. Biswas, L. T. Drzal, Chem. Mater. 2010,22,5667. (f)A. V. Murugan, T. Muraliganth, A. Manthiram, Chem. Mater. 2009, 21, 5004. (g)D. Wang, F. Li, J. Zhao, W. Ren, Z. Chen, J. Tan, Z. W. Gentle, G. Q. Lu, H. Cheng, ACS Nano 2009，3，1745.]在這些材料當(dāng)中，聚苯胺由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)而被廣泛研究。石和他的同事對(duì)化學(xué)轉(zhuǎn)變生成的石墨烯和聚苯胺納米纖維兩種組分進(jìn)行真空抽濾的合成了二者的復(fù)合物膜[參見Q. Wu，Y. Xu, Ζ. Yao, Α. Liu, G.Shi，ACSNano 2010，4，1963.]。 在酸性條件下，苯胺單體在在化學(xué)修飾的氧化石墨片上進(jìn)行原位聚合，然后再將氧化石墨用胼還原也能得到石墨烯和聚苯胺復(fù)合材料[參見:K. Zhang, L. Zhang, Χ. S. Zhao, J. Wu, Chem. Mater. 2010，22，1392.]。也有報(bào)道采用三步法合成石墨烯和聚苯胺復(fù)合材料，即苯胺先聚合，然后氧化石墨還原，最后聚苯胺再摻雜[參見H. Wang，Q. Hao, Χ. Yang, L. Lu, Χ. Wang, Nanoscale 2010，2，2164.]。盡管已有這些報(bào)道合成了石墨烯和聚苯胺的復(fù)合材料，但是采用簡單的一步電沉積的方法來制備該復(fù)合材料還未見文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明涉及層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜及其制法。具體地說，是用電沉積法制備的石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜。技術(shù)方案本發(fā)明的層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜是將聚苯胺在石墨烯表面形成均勻的包裹層，單層石墨烯聚苯胺膜的厚度為20-30nm，膜的大小通過導(dǎo)電玻璃的大小進(jìn)行控制。本發(fā)明的層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的制備方法采用電沉積法制備層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜，具體如下步驟1).首先將氧化石墨溶于硫酸溶液中，步驟2).然后加入苯胺單體形成棕色的均勻的混合溶液，將該混合溶液離心、清洗后徹底除去物理吸附的苯胺單體，步驟3)最后將步驟1)的氧化石墨與步驟2)苯胺單體的混合物溶于IOmL去離子水中，將氧化石墨/苯胺懸浮液滴涂到玻碳電極或旋涂到導(dǎo)電玻璃上，室溫晾干；步驟4)采用三電極體系，即氧化石墨/苯胺修飾的玻碳電極或?qū)щ姴Ａ楣ぷ麟姌O、飽和甘汞電極為參比電極、鉬電極為對(duì)電極，在硫酸電解液中，掃速為50mV/s下，電位窗口為-1. 3 1. OV下進(jìn)行掃描，共掃描10圈即得到層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜，通過電鏡照片觀察，單層石墨烯聚苯胺膜的厚度為20-30nm。所述氧化石墨溶于lmol/L的硫酸溶液，其中氧化石墨lmol/L的硫酸溶液= Img ； ImL0有益效果本發(fā)明的制備層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的方法原料簡單易得、條件溫和、耗時(shí)短、簡便易行，膜的大小可以通過導(dǎo)電玻璃的大小進(jìn)行控制，而且產(chǎn)物不需要離心或者抽濾，不會(huì)造成污染。


圖1為本發(fā)明的制備層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的循環(huán)伏安圖；
具體實(shí)施例方式步驟1).首先將IOmg的氧化石墨溶于IOmL的lmol/L的硫酸溶液中，步驟2).然后加入苯胺單體形成棕色的均勻的混合溶液，將該混合溶液離心、清洗后徹底除去物理吸附的苯胺單體，步驟3).最后將步驟1)的氧化石墨與步驟2)苯胺單體的混合物溶于IOmL去離子水中，將氧化石墨/苯胺懸浮液滴涂到玻碳電極或旋涂到導(dǎo)電玻璃上，室溫晾干；步驟4).采用三電極體系，即氧化石墨/苯胺修飾的玻碳電極或?qū)щ姴Ａ楣ぷ麟姌O、飽和甘汞電極為參比電極、鉬電極為對(duì)電極，在lmol/L的硫酸電解液中，掃速為 50mV/s下，電位窗口為-1. 3 1. OV下進(jìn)行掃描，共掃描10圈即得到層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜，通過電鏡照片觀察，單層石墨烯聚苯胺膜的厚度為20-30nm。所述氧化石墨溶于lmol/L的硫酸溶液，其中氧化石墨lmol/L的硫酸溶液= Img ； ImL0實(shí)施例1.石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的制備電沉積法制備層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的方法，氧化石墨按照文獻(xiàn)方法合成 [參見Cote L J, Kim F and Huang J 2009J. Am. Chem. Soc. 1311043]。IOmg 的氧化石墨溶于IOmL的lmol/L的硫酸溶液中，然后加入10 μ L的苯胺單體形成棕色的均勻的混合溶液，將該混合溶液離心、清洗后徹底除去物理吸附的苯胺單體，最后將氧化石墨/苯胺單體的混合物溶于IOmL去離子水中。將氧化石墨/苯胺懸浮液滴涂到玻碳電極或旋涂到導(dǎo)電玻
4璃上，室溫晾干后，采用三電極體系，即氧化石墨/苯胺修飾的玻碳電極或?qū)щ姴Ａ楣ぷ麟姌O、飽和甘汞電極為參比電極、電極為對(duì)電極，在lmol/L的硫酸電解液中，掃速為50mV/s 下，電位窗口為-1. 3 1. OV下進(jìn)行掃描，共掃描10圈即得到層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜， 通過電鏡照片觀察，單層石墨烯聚苯胺膜的厚度為20-30nm。實(shí)施例2.石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的制備IOmg的氧化石墨溶于IOmL的lmol/L的硫酸溶液中，然后加入不同量的苯胺單體形成棕色的均勻的混合溶液，將該混合溶液離心、清洗后徹底除去物理吸附的苯胺單體，最后將50 μ L的氧化石墨/苯胺單體的混合物溶于IOmL去離子水中。其他條件同例1，也能的得到形態(tài)相似的石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜。實(shí)施例3.石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的制備IOmg的氧化石墨溶于IOmL的lmol/L的硫酸溶液中，然后加入不同量的苯胺單體形成棕色的均勻的混合溶液，將該混合溶液離心、清洗后徹底除去物理吸附的苯胺單體，最后將100 μ L的氧化石墨/苯胺單體的混合物溶于IOmL去離子水中。其他條件同例1，也能的得到形態(tài)相似的石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜。
權(quán)利要求
1.一種層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜，其特征是聚苯胺在石墨烯表面形成均勻的包裹層，通過電鏡觀察可以看到其邊緣為透明的石墨烯納米片，中間黑色部分為石墨烯聚苯胺的復(fù)合層，單層石墨烯聚苯胺膜的厚度為20-30nm，層間距約5nm，該復(fù)合膜的表面為具有褶皺的絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的制備方法，其特征是采用電沉積法制備層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜，具體如下步驟1).首先將氧化石墨溶于硫酸溶液中，步驟2).然后加入苯胺單體形成棕色的均勻的混合溶液，將該混合溶液離心、清洗后徹底除去物理吸附的苯胺單體，步驟3).最后將步驟1)與步驟2)所得的產(chǎn)物混合溶于去離子水中，得到混合物懸浮液，將該混合物懸浮液滴涂到玻碳電極或旋涂到導(dǎo)電玻璃上，室溫晾干；步驟4).采用三電極體系，即氧化石墨/苯胺修飾的玻碳電極或?qū)щ姴Ａ楣ぷ麟姌O、 飽和甘汞電極為參比電極、鉬電極為對(duì)電極，在硫酸電解液中，掃速為50mV/s下，電位窗口為-1. 3 1. OV下進(jìn)行掃描，即得到層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜，通過電鏡照片觀察，單層石墨烯聚苯胺膜的厚度為20-30nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的制備方法，其特征是所述將氧化石墨溶于硫酸溶液中的方法是，將氧化石墨溶于lmol/L的硫酸溶液，其中氧化石墨lmol/L的硫酸溶液=Img lmL。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的制備方法，其特征是所述層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜的厚度通過旋涂在導(dǎo)電玻璃上的氧化石墨/苯胺單體的量進(jìn)行控制，若增加氧化石墨/苯胺單體的量，則膜的厚度增加。
全文摘要
一種層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜及其制備方法涉及層狀石墨烯聚苯胺復(fù)合物膜及其制法，聚苯胺在石墨烯表面形成均勻的包裹層，通過電鏡觀察可以看到其邊緣為透明的石墨烯納米片，中間黑色部分為石墨烯聚苯胺的復(fù)合層，單層石墨烯聚苯胺膜的厚度為20-30nm，層間距約5nm，該復(fù)合膜的表面為具有褶皺的絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該復(fù)合物膜是以苯胺單體和氧化石墨為起始原料，首先通過靜電組裝制備出氧化石墨和苯胺單體的復(fù)合物，然后將該復(fù)合物修飾到電極表面，通過簡單的一步電沉積法制得，且該膜可以進(jìn)行小型化生產(chǎn)也可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，如增大導(dǎo)電玻璃的面積，膜的面積就會(huì)相應(yīng)增加。
文檔編號(hào)C03C17/22GK102219390SQ201110068880
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者馮曉苗, 李瑞梅, 范曲立, 馬延文, 黃維 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)