[發明專利]一種液相法制備石墨烯/銀納米粒子復合材料的方法

有效

• 申請號: 201210054952.2
• 申請日: 2012-03-05
• 公開（公告）號: CN102614871A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 徐連勇;楊高陽;韓永典;荊洪陽
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;B01J21/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及一種納米復合材料的制備方法，尤其涉及一種石墨烯-銀納米粒子復合材料的制備方法。

背景技術

石墨烯是一種碳原子分布在二維蜂巢晶體點陣上的單原子層晶體，自從石墨烯石墨烯被發現以來，由于其優良的物理化學性質和廣闊的應用前景，與石墨烯有關的研究工作已經成為相關學科當前的研究熱點。

石墨烯由于具有獨特的二位納米結構，使得石墨烯成為了一個非常理想的納米粒子載體來制備石墨烯基的復合材料。而石墨烯內在的優異性能也使得基于石墨烯的復合材料呈現出許多優異的特性，并受到了極大的關注。例如，將石墨烯添加SnAgCu釬料中，可以明顯提高釬料的強度；利用石墨烯為載體負載納米粒子，可以提高這些粒子在儲能、催化、傳感器、光電等領域的應用性能。

Ag納米粒子由于具有特殊的電子結構和巨大的比表面積比使得它在催化、表面增強拉曼散射、傳感、生物標記、抗菌等方面有著重要的應用。現有技術中，已經有一些報道關于石墨烯-銀納米粒子復合材料的制備及應用。例如，德國《微》(Small，2009年20期2253頁)報道了一種合成銀/石墨烯復合材料的方法，該方法利用氧化石墨烯在堿性條件下還原硝酸銀，然后進行肼處理制得石墨烯/銀納米復合材料；中國《納米研究》(Nano?Research，2010年第3卷339頁)報道了一種石墨烯/銀的制備方法，該方法利用乙二醇和硼氫化鈉作為混合還原劑，還原硝酸銀和氧化石墨烯制得石墨烯-銀混合物，并分析了其在表面增強拉曼散射和抗菌材料方面的應用；英國《化學通訊》(Chemical?Communications，2011年22期6440頁)報道了利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為還原劑，還原硝酸銀和氧化石墨烯制備石墨烯/銀納米復合材料。

盡管石墨烯/銀納米粒子復合材料的制備方法已經有了一些報道，但是上述報道中石墨烯/銀納米粒子復合材料制備方法大都用到了氧化石墨烯，而氧化石墨烯與石墨烯相比，在氧化石墨烯的表面含有很多的含氧官能團，這些含氧官能團和碳原子以共價鍵的形式結合經過進一步的還原，部分官能團依舊不能消除，從而嚴重影響了復合材料的使用性能。

因此，直接在石墨烯表面上生成銀納米粒子，從而制備石墨烯/銀納米復合材料具有重要的意義。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提供一種液相法制備石墨烯/銀納米粒子復合材料的方法。采用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)作為還原劑，純度高達99％的石墨烯粉末作為載體，在溫和的反應條件下，銀在石墨烯層上形核、長大，得到石墨烯/銀納米粒子復合材料，該制備方法工藝簡單，生產的石墨烯/銀復合材料純度高，雜質含量少。由本發明制備方法合成的石墨烯-銀納米粒子復合材料在催化、光電領域有著潛在廣泛應用，可以擴大石墨烯/銀納米復合材料在電子、催化、抗菌等領域的應用。

為了解決上述技術問題，本發明一種液相法制備石墨烯/銀納米粒子復合材料的方法予以實現的技術方案是：該制備方法包括以下步驟：

步驟一、制備石墨烯的N，N-二甲基甲酰胺溶液：

將石墨烯以0.1mg/mL～0.5mg/mL的比例分散于DMF溶液中，并加入表面活性劑十二烷基硫酸鈉，其質量為石墨烯質量的0.1～0.5倍，將上述溶液在40KHz，100W的超聲波清洗器中超聲處理，處理時間為60min～180min；

步驟二、制備硝酸銀水溶液：

按照石墨烯和硝酸銀的質量比為1∶4～1∶12稱取硝酸銀，將硝酸銀以0.01mol/L～0.05mol/L的比例分散于去離子水中，在磁力攪拌器下劇烈攪拌5～10min；

步驟三、將由上述步驟一制備的和步驟二制備的兩種溶液混合，超聲震蕩30min～60min，然后轉移到一三口燒杯中，將該混合后的溶液的pH值調整為6～8，水浴加熱至60～70℃，并劇烈攪拌，反應30min～90min；

步驟四、將上述步驟三反應完成的溶液靜止12h～24h，得到石墨烯/銀復合物沉淀；將沉淀產物過濾，然后依次用乙醇、丙酮、去離子水清洗，將產物在鼓風干燥箱中于室溫下干燥24h，得到石墨烯-銀納米粒子復合材料。

其中，步驟一中的石墨烯可以用物理方法制備，例如微機械剝離法、液相或氣相直接剝離法。

其中，步驟三中對混合后的溶液的pH的調整是通過0.01mol/L硝酸溶液或質量分數為5％的氨水溶液進行。

另外，步驟三中可以使用冷凝裝置來防止溶劑的蒸發，其冷凝裝置為直形或球形冷凝管。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：