一种硝基化石墨烯的制备方法与流程

技术特征：

1.一种硝基化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)石墨烯ESG的制备：电化学合成法制备ESG：以石墨棒为阳极，Pt为阴极，稀硫酸为电解质，经程序升压，将石墨棒剥离，生成ESG，生成的ESG经分离、洗涤，最后在真空干燥箱中烘干；

2)氧化石墨烯ESGO的制备：采用化学氧化法将ESG氧化成ESGO，经洗涤至中性后，冷冻干燥，得到ESGO；

3)胺基化石墨烯ESG-NH₂的制备：将ESGO分散于DMF中，200-350W超声30-60min，然后按照叠氮试剂与ESGO质量比1∶10-1∶3将叠氮试剂缓慢加入到ESGO分散液中，边加边搅拌，室温反应4-7天生成ESG-C(O)N₃黑色固体，经离心分离后取沉淀物，将所得产物在甲苯中进行Curtius重排反应生成ESG-NCO，重排反应条件为：温度70-95℃，反应时间为12-36h；生成的ESG-NCO经离心、洗涤，最后与质子酸在50-70℃反应为20-30h生成ESG-NH₂；

4)硝基化石墨烯ESG-NO₂的制备：将ESG-NH₂分散在溶剂中，在催化剂的作用下，与氧化剂作用，-NH₂被氧化成-NO₂，生成硝基化石墨烯，经洗涤、分离、冷冻干燥得到ESG-NO₂粉体。

2.如权利要求1所述的硝基化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中稀硫酸的浓度为0.5-3mol/L，剥离所需电压为+0.5-+15V，电化学剥离时间为30-120min，真空干燥箱的真空度5-60Pa，温度为60-70℃，制备的ESG层数为3-4层。

3.如权利要求2所述的硝基化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中稀硫酸的浓度为1-2.5mol/L，剥离所需电压为+1-+12V，电化学剥离时间为45-90min。

4.如权利要求1所述的硝基化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中叠氮试剂为叠氮磷酸二苯酯、叠氮化钠、叠氮化铅、叠氮化银、芳基叠氮化物或烷基叠氮化物；所述芳基叠氮化物为其中R为H、Cl、Br、CO₂Et、OMe或Me；所述烷基叠氮化物为R-N₃，其中R为Me、Et、Pr、Br、OMe或OEt。

5.如权利要求1所述的硝基化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中ESG-NCO与质子酸的浓度比为1∶6-1∶9。

6.如权利要求1或5所述的硝基化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中所述质子酸为HCl、HBr、HI、H₂SO₄、HNO₃、H₃PO₄、FSO₃H中的一种；所述质子酸的浓度为0.5-3.5mol/L。

7.如权利要求1所述的硝基化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中催化剂为可溶性金属盐离子，为Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Sn²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、Al³⁺、As³⁺、Au⁺、Ba²⁺、Be²⁺、Bi²⁺、Ca²⁺、Cd²⁺、Ce³⁺、Co²⁺、Cr³⁺、Ga³⁺、Mn³⁺、Ge⁴⁺、In³⁺中的一种或者两种；催化剂的浓度为1-6mg/mL。

8.如权利要求1所述的硝基化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中溶剂为去离子水、DMF或甲苯；氧化剂为m-CPBA、H₂O₂、CH₃OOH、CH₃CH₂OOH、CH₃CH₂CH₂OOH、(CH₃)₂CHOOH、CH₃CH₂CH₂CH₂OOH、t-BuOOH、HCOOOH、CH₃COOOH、CH₃CH₂COOOH、CH₃CH₂CH₂COOOH、(CH₃)₂CHCOOOH、t-Bu-COOOH、NaO₂、KO₂、CsO₂、RbO₂、CaO₂中的一种。

9.如权利要求1所述的硝基化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中ESG-NH₂与氧化剂的质量比为1∶3-1∶9，氧化温度35-50℃，氧化时间4-6h。

10.如权利要求1所述的硝基化石墨烯的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中制备的ESG-NO₂的硝基质量分数为10-35％，层数为1-3层，单片层率为95-99.5％。