[發(fā)明專利]一種石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110342738.2
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102500755A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫旭輝;卓其奇;馬艷蕓
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B01J37/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物，具有優(yōu)異的催化能力，出眾的導(dǎo)電性和光學(xué)性質(zhì)，可被廣泛應(yīng)用于傳感器，光伏電池，有機合成催化劑等諸多領(lǐng)域。

Hummer，Brodie，Staudenmaier等方法可以大規(guī)模制備氧化石墨烯，然后通過加入水合肼，芐胺等還原劑在加熱條件下就可以還原得到石墨烯。目前，主要有兩種方法制備石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物，一種是先將氧化石墨烯和金屬離子的前驅(qū)體混合均勻，然后加入還原劑一步合成石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物，這種方法簡單快捷，但制備的金屬納米顆粒結(jié)構(gòu)和形貌難以控制，影響了復(fù)合物的性質(zhì)；另一種是分兩步分別還原氧化石墨烯和金屬離子前驅(qū)體，通過吸附制備石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物，這種方法較復(fù)雜，但可以有效的控制金屬納米顆粒的結(jié)構(gòu)和形貌，充分發(fā)揮出石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物的優(yōu)異性能。

在本發(fā)明之前，以前的工作主要是用水合肼及其衍生物做為還原劑去制備石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物，但是水合肼及其衍生物具有很強的毒性和揮發(fā)性，不能用于大規(guī)模的使用，而且制備的復(fù)合物會摻雜很多氮原子，影響復(fù)合物的物理和化學(xué)性質(zhì)。最近兩年也有文獻(xiàn)報道用抗壞血酸（VC），硼氫化鈉(NaBH₄)，聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）等作為還原劑制備石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物，但這些反應(yīng)必須在高溫情況下才能進(jìn)才，反應(yīng)較為劇烈，容易增加石墨烯的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種常溫條件下制備石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物的制備方法。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：結(jié)合圖1所示，通過可控合成制備具有均一尺寸的金屬納米顆粒，通過吸附將金屬納米顆粒均勻地負(fù)載到氧化石墨烯上，用金屬納米顆粒作為催化劑催化NaBH₄在常溫下還原氧化石墨烯，從而得到石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物，具體包括以下步驟：

步驟一：將氧化石墨烯分別用鹽酸和去離子水洗滌提純多次，得到純凈的氧化石墨烯水溶液，并超聲分散一段時間；

步驟二：通過可控合成，加入還原劑將金屬離子前驅(qū)體溶液還原為金屬納米顆粒，均勻的分散在水溶液中，得到金屬納米顆粒水溶液；

步驟三：將氧化石墨烯水溶液加入到金屬納米顆粒水溶液中，室溫下分散均勻，得到一次均勻的氧化石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒混合溶液；

步驟四：將一次均勻的氧化石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒混合溶液離心一段時間，用水洗滌重復(fù)多次，加入去離子水超聲分散一段時間，得到二次均勻的氧化石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒混合混合溶液；

步驟五：加入NaBH₄，反應(yīng)一段時間，分別用去離子水和乙醇離心洗滌多次，并真空干燥。

????優(yōu)選的：

????步驟一中，所述氧化石墨烯由Hummer法制得，氧化石墨烯的質(zhì)量濃度為0.1～1mg/ml；所述用于提純的鹽酸的體積濃度為2%-4%，超聲分散的時間為15-30分鐘。

?????步驟二中，所述金屬離子前驅(qū)體溶液的摩爾濃度為10^-5?mol/L-1?mol/L。所述的金屬納米顆粒包括，金、銀、鉑、鈀、銠、釕、鐵、鈷、鎳的純金屬或由其中幾種金屬元素組成的合金。

?????步驟四中，是以20000轉(zhuǎn)/分鐘的速度將一次均勻的氧化石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒混合溶液離心15分鐘，用水洗滌重復(fù)6次，加入去離子水超聲5分鐘得到二次均勻的氧化石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒混合溶液。

?????步驟五中，加入NaBH₄后反應(yīng)2小時，分別用去離子水和乙醇以20000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心洗滌三次，60℃下真空干燥2小時。

本發(fā)明針對目前石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物合成需要用水合肼等毒性還原劑及反應(yīng)須在加熱條件下進(jìn)行等缺點，采用NaBH₄作為還原劑在室溫條件下合成石墨烯負(fù)載金屬納米顆粒復(fù)合物，其優(yōu)點是：

（1）避免使用了水合肼及其衍生物等具有強毒性和揮發(fā)性的化合物作為還原劑，具有環(huán)保和安全等特點；

（2）本制備方法可以在室溫下進(jìn)行，適用的環(huán)境溫度范圍為0℃-100℃，反應(yīng)條件溫和，減少了缺陷的產(chǎn)生；

（3）本制備方法可以在pH值為2-12條件下進(jìn)行；

（4）可以通過控制金屬納米顆粒的合成，負(fù)載不同尺寸和結(jié)構(gòu)的金屬納米顆粒到石墨烯上；