氧化石墨烯与有机染料合成的纳米复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了氧化石墨烯与有机染料合成纳米复合材料的制备方法，本方法包括如下步骤：1)由石墨制备氧化石墨；2)由氧化石墨制备氧化石墨烯；3)将氧化石墨烯与一种有机染料反应，得到纳米复合材料，该纳米复合材料可储存荧光并用于DNA的检测。本法合成氧化石墨烯/有机染料纳米复合材料具有操作简单、原料易得、合成安全性高以及环境污染小等优点，为基于氧化石墨烯的纳米复合材料开辟了新的发展前景，可用于溶液中目标目标目标物的检测、药物传递和生物成像等领域。

说明书

技术领域：

本发明涉及氧化石墨烯/有机染料纳米复合材料的制备新方法，属于氧化石墨烯纳米复合材料制备的技术领域。

背景技术：

石墨烯(Graphene)是由单层碳原子紧密排列而成的二维晶体，其优异的电子传递性能、较高的机械强度特性使石墨烯成为纳米电子器件、太阳能电池、生物传感器等方面应用的新贵。而且石墨烯具有质量轻；导热性好；比表面积大；价格低廉，原料易得等优点，因而具有广阔的研究前景。

氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)即功能化的石墨烯，是石墨烯的一种重要衍生物，结构与石墨烯类似，是在构成的二维空间无限延伸基面上连有羰基、羟基、羧基等官能团的一层碳原子。氧化石墨烯表面的含氧官能团不仅赋予了氧化石墨烯的亲水性；同时赋予其分散性、兼容性等一些新特性。这些特性为基于氧化石墨烯的纳米复合材料用于目标物的检测、药物传递和生物成像等领域提供了可能。

目前合成纳米复合材料的方法包括共价偶联和静电自组装。共价偶联法虽然结合牢固，但是反应需要加入偶联剂，操作麻烦。而静电自组装就是在平衡条件下，分子间通过非共价相互作用自发组合形成一类结构明确、具有某种特定功能分子聚集体或超分子结构物质的方法。用这一方法可得到具有新奇的光、电、催化等功能的自主装材料。

发明内容：

本发明的目的针对现有技术所存在的问题和不足，本发明旨在提供一种简单易行的氧化石墨烯与有机染料合成的纳米复合材料的制备方法，通过改进Hummers法合成氧化石墨烯。该方法具有操作简单，反应时间短，氧化程度高，安全性较高，对环境的污染较小的优点，且所用仪器设备均为普通设备，如：带热源的搅拌器、三颈瓶、回流冷凝管、透析袋、超声清洗仪、温度计和离心机等。然后通过静电自组装方法合成氧化石墨烯/有机染料纳米复合材料，形成稳定的、分散性良好的纳米复合材料，为基于氧化石墨烯的纳米复合材料开辟了新的发展前景，可用于溶液中目标物的检测、药物传递和生物成像等领域。

氧化石墨烯与有机染色料合成的纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)由石墨制备氧化石墨：将0.5-2g石墨、0.2-3g硝酸钠与23mL的质量浓度为60-98％的浓硫酸混合搅拌，加入3-8g KMnO4，冰水浴反应2-5h，将其转移至35℃水浴逐步加入50mLH20反应0.5-4h，升温至98℃继续反应0.2-2h，反应物由棕褐色变成亮黄色；进一步加70-250mL水稀释，并用质量浓度为30％的H2O2中和过量的KMnO4；将上述溶液趁热抽滤，滤饼用质量浓度为5％ HCl溶液中洗涤，再将其放入透析袋中，透析至中性，将透析产物放入80℃烘箱中干燥待用；

2)用超声剥离法将氧化石墨制备氧化石墨烯：将20-200mg氧化石墨溶于10-100mL H20中，用功率为50-100W的超声处理1-8小时至澄清，得到氧化石墨烯的分散液；

3)氧化石墨烯与有机染料合成的纳米复合材料的制备：取2-20mL步骤2)得到的氧化石墨烯的分散液，滴加质量浓度为2％ Na2CO3至pH＝9-12，超声混溶；将溶液置于透析袋中透析，至pH为7，除去过量的Na2CO3；将透析产物与30mL摩尔浓度为1-15毫摩尔/升有机染料超声反应0.5-4h；然后将其放入透析袋中透析两周，除去过量的染料，产品置于80℃烘箱中干燥得到纳米复合材料。

所述步骤3)中，有机染料为罗丹明6G、甲基紫或荧光素。

本发明的纳米复合材料可储存荧光并用于DNA的检测。本法合成氧化石墨烯与有机染料合成的纳米复合材料具有操作简单、原料易得、合成安全性高以及环境污染小等优点，为基于氧化石墨烯的纳米复合材料开辟了新的发展前景，可用于溶液中目标目标目标物的检测、药物传递和生物成像等领域。

附图说明：

图1为氧化石墨烯的原子力显微镜图。

图2为氧化石墨烯的高度轮廓图。

图3为氧化石墨烯的X-射线衍射图。

图4为氧化石墨烯的红外图。

图5为氧化石墨烯/有机染料纳米复合材料的吸收光谱图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

1)由石墨制备氧化石墨：将1g石墨、0.5g硝酸钠与23mL的质量浓度为98％的浓硫酸混合搅拌，加入3g KMnO₄，冰水浴反应2h，将其转移至35℃水浴逐步加入50mLH₂O反应0.5h，升温至98℃继续反应0.2h，反应物由棕褐色变成亮黄色；进一步加100mL水稀释，并用质量浓度为30％的H₂O₂中和过量的KMnO₄；将上述溶液趁热抽滤，滤饼用质量浓度为5％HCl溶液中洗涤，再将其放入透析袋中，透析至中性，将透析产物放入80℃烘箱中干燥待用；

2)用超声剥离法将氧化石墨制备氧化石墨烯：将100mg氧化石墨溶于30mLH₂O中，用功率为70W的超声处理1小时至澄清，得到氧化石墨烯的分散液；

3)氧化石墨烯与有机染料合成的纳米复合材料的制备：取10mL步骤2)得到的氧化石墨烯的分散液，滴加质量浓度为2％ Na₂CO₃至pH＝11，超声混溶；将溶液置于透析袋中透析，至pH为7，除去过量的Na₂CO₃；将透析产物与30mL摩尔浓度为3毫摩尔/升罗丹明6G染料超声反应1h；然后将其放入透析袋中透析两周，除去过量的罗丹明6G染料，产品置于80℃烘箱中干燥得到纳米复合材料。

实施例2：

1)由石墨制备氧化石墨：将0.5g石墨、0.2g硝酸钠与23mL的质量浓度为60％的浓硫酸混合搅拌，加入5g KMnO₄，冰水浴反应3h，将其转移至35℃水浴逐步加入50mLH₂O反应2h，升温至98℃继续反应1h，反应物由棕褐色变成亮黄色；进一步加150m的水稀释，并用质量浓度为30％的H₂O₂中和过量的KMnO₄；将上述溶液趁热抽滤，滤饼用质量浓度为5％HCl溶液中洗涤，再将其放入透析袋中，透析至中性，将透析产物放入80℃烘箱中干燥待用；

2)用超声剥离法将氧化石墨制备氧化石墨烯：将20mg氧化石墨溶于30mLH20中，用功率为60W的超声处理3小时至澄清，得到氧化石墨烯的分散液；

3)氧化石墨烯/有机染料纳米复合材料的制备：取2mL步骤2)得到的氧化石墨烯的分散液，滴加质量浓度为2％ Na₂CO₃至pH＝9，超声混溶；将溶液置于透析袋中透析，至pH为7，除去过量的Na₂CO₃；将透析产物与30mL摩尔浓度为7毫摩尔/升甲基紫染料超声反应2h；然后将其放入透析袋中透析两周，除去过量的甲基紫染料，产品置于80℃烘箱中干燥即得到纳米复合材料。

实施例3：

1)由石墨制备氧化石墨：将2g石墨、3g硝酸钠与23mL的质量浓度为80％的浓硫酸混合搅拌，缓慢加入8g KMnO₄，冰水浴反应4h，将其转移至35℃水浴逐步加入50mLH₂O反应4h，升温至98℃继续反应1.5h，反应物由棕褐色变成亮黄色；进一步力20mL的水稀释，并用质量浓度为30％的H₂O₂中和过量的KMnO₄；将上述溶液趁热抽滤，滤饼用质量浓度为5％ HCl溶液中洗涤，再将其放入透析袋中，透析至中性，将透析产物放入80℃烘箱中干燥待用；

2)用超声剥离法将氧化石墨制备氧化石墨烯：将200mg氧化石墨溶于30mLH₂O中，用功率为90W的超声处理7小时至澄清，得到氧化石墨烯的分散液；

3)氧化石墨烯/有机染料纳米复合材料的制备：取20mL步骤2)得到的氧化石墨烯的分散液，滴加质量浓度为2％ Na2CO3至pH＝13，超声混溶；将溶液置于透析袋中透析，至pH为7，除去过量的Na2CO3；将透析产物与30mL摩尔浓度为12毫摩尔/升罗丹明6G染料超声反应4h；然后将其放入透析袋中透析两周，除去过量的罗丹明6G染料，产品置于80℃烘箱中干燥得到纳米复合材料。