[發明專利]一種石墨烯-銅納米粒子復合材料及其制備和應用

無效

• 申請號: 201210384865.3
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN102896834A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 劉承斌;羅勝聯;張航;唐艷紅;楊瓊;伍納
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;C25D15/00;G01N27/26
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

技術領域：

本發明涉及一種多級納米結構石墨烯-銅納米粒子復合材料的制備以及在電化學傳感器中的應用

背景技術：

石墨烯是一種由單層碳原子組成的二維新型碳材料，具有類似于密集蜂巢的超大共軛結構。自從2004年首次利用機械剝離得到高純度單層石墨烯之后石墨烯就受到了廣泛的關注。石墨烯具有很大的比表面積，高導電性，很強的機械強度，基于石墨烯的這些性質石墨烯被廣泛的運用于合成納米復合材料，制造化學生物傳感器，以及其他一些電化學原件等等。盡管石墨烯具有很十分卓越的性能以及誘人的應用前景，但是目前制約石墨烯發展的一些因素也依然存在很多。如高純度的單層石墨烯很難大規模生產，化學氧化法得到的氧化石墨烯再還原制取的還原氧化石墨烯因難以控制其被還原的程度以及不能避免氧化石墨在化學還原的過程中再次被石墨的化等因素均將石墨烯本來所具有的優越性能大大折扣，同樣化學氣相沉積法中得到的石墨烯依然存在石墨烯被石墨化的過程。因此，怎樣得到高比表面，還原程度較高的石墨烯是石墨烯發揮其高性能的關鍵。針對以上所提出的問題本發明結合氧化石墨烯的制備方法，提供了一種簡單可行的制備石墨烯-銅的多級納米結構的方法，結果測試表明這種新型的石墨烯-銅結構的納米材料在電化學傳感中具有很好的應用性能。

發明內容

本發明目的在于提供一種的多級納米結構石墨烯-銅納米粒子復合材料；具有此結構的復合材料具更大的比表面積。

本發明的另一目的在于提供一種控制條件簡單的可成功的一步合成還原的氧化石墨烯-銅納米粒子的多級納米結構的復合材料的制備方法；可有效的減少了氧化石墨烯在還原過程中的石墨化帶來的石墨烯比表面減小的缺陷。

一種石墨烯-銅納米粒子復合材料，在經打磨好的玻碳電極或經過表面處理干純的純鈦片上，形成具有三維構造無規律多級疊加的石墨烯片層，各個石墨烯片層大小不一，且有不同方向疊加石墨烯片層，部分石墨烯片層有翹起；銅納米粒子密集的復合在石墨烯片層上。

所述的復合材料是由石墨烯和銅納米粒子經循環伏安電沉積復合而成。

銅納米粒子直徑為30-70nm。

本發明的一種石墨烯-銅納米粒子的制備方法是，復合材料由石墨烯和銅納米粒子經循環伏安電沉積復合而成;所述的循環伏安電沉積的過程是：在電沉積溶液電壓首先達到銅的還原電位，此時銅納米粒子首先沉積，電位繼續變化時會達到氧化石墨烯的還原電位，使得氧化石墨烯會在電極表面被還原，并沉積電極表面，通過這一循環，從而使得金屬納米粒子和還原的氧化石墨烯會同時沉積到電極表面并相互作用；重復上述電沉積操作；所述的電沉積溶液為含氧化石墨烯和銅納米粒子前驅體的混合溶液。

在進行循環伏安電沉積操作前要通入氮氣除去溶液中的溶解氧。

所述的循環伏安電沉積是以經過Al₂O₃粉末打磨過的玻碳電極或者經過表面處理的純鈦片為工作電極，以Pt電極或者Pd電極為對電極，飽和甘汞電極（SCE）或者Ag/AgCl電極參比電極。

所述的混合溶液中氧化石墨烯的濃度為0.1-0.5g/L（最優選0.3g/L）；銅納米粒子前驅體濃度為3-7mM（最優選5mM）。

循環伏安電沉積的電位范圍為-1.4～-0.6V。

可將本發明上述方法得到的一種石墨烯-銅納米粒子，用于制備電化學傳感器。

電化學還原的氧化石墨烯和銅納米粒子相互作用在電極表面沉積形成一種新型的多級納米結構。

制備氧化石墨烯-銅多級納米結構的方法：將分散好的石墨烯溶液和銅納米粒子的前驅體配成規定濃度的混合溶液并且在電沉積操作之前要通入高純氮30min，將導電基底（之前已經用Al₂O₃粉末打磨好的玻碳電極或者表面已經處理干凈的純鈦片）作為工作電極，參比電極，對電極分別按三電極系統安置于配好的混合溶液中，在通入氮氣保護和電磁攪拌器攪拌的條件下，利用電沉積的方法將石墨烯已經金屬納米粒子電沉積到基底電極上得到我們所需要的納米復合材料。

所用儀器為電化學工作站以及電磁攪拌器，所選擇的電沉積方式為循環伏安法。