[發(fā)明專利]聚丙烯腈纖維負(fù)載鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210385529.0
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102886276A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李耀剛;張飛;王宏志;張青紅
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;C01B3/06
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達(dá);謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石墨烯基復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種聚丙烯腈纖維負(fù)載鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯是一種由碳原子按sp²碳晶格緊密排列形成類似于蜂窩狀結(jié)構(gòu)的層狀材料，近年來受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注。石墨烯的電子運(yùn)動速度達(dá)到光速的1/300，也就是說遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動速度，許多研究期待通過與石墨烯復(fù)合以達(dá)到提高材料電性能的目的。此外，石墨烯還具有很多優(yōu)良的性能：良好的熱傳導(dǎo)性能、機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性，大的表面積-體積比，這使得它在納米電子學(xué)、傳感器、納米復(fù)合材料、電池、超級電容器和氫存儲等諸多科技領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。

近年來研究者發(fā)現(xiàn)，石墨烯復(fù)合材料可以顯著提高原材料的電導(dǎo)率、導(dǎo)熱性、機(jī)械強(qiáng)度、催化性能等性能。Shi等在J?Harzard?Mater.229–230(2012)331–339上報道了通過簡單的燒瓶反應(yīng)將氧化鈷負(fù)載到石墨烯表面，得到了可以除去水中氧化偶氮染料的氧化鈷/石墨烯復(fù)合材料。該催化劑材料催化效率高，穩(wěn)定性好，制備簡單，為其在污水處理方面應(yīng)用提供可靠依據(jù)。Liu等在Journal?of?Power?Sources?195(2010)4628-4633中報道了通過電化學(xué)還原法制備Pt/可膨脹石墨烯納米片，直徑約為15nm的Pt顆粒均勻分散在石墨烯層中，提高了石墨烯納米片的電催化性能，穩(wěn)定性好。Gao等在Carbon?50(2012)4093–4101中報道了以尿素為燃料，堿式硝酸鈦為氧化劑，通過一步燃燒法制備了石墨烯/氧化鈦復(fù)合材料。其中石墨烯片上存在一定量的N原子，與沒有N原子的石墨烯/氧化鈦復(fù)合材料相比，此材料在光照下，光生電子和空穴更不易復(fù)合，從降解甲基橙實(shí)驗(yàn)也可以看出，其氧化還原能力有效增強(qiáng)，也為制備其他石墨烯基催化劑提供了一個新的思路。

關(guān)于石墨烯復(fù)合材料的研究大部分僅關(guān)注于顆粒狀復(fù)合材料制備及性能研究。而石墨烯本身比表面積很大，容易團(tuán)聚，在納米復(fù)合材料制備中，團(tuán)聚問題更為突出。本發(fā)明將石墨烯納米復(fù)合材料負(fù)載到有機(jī)合成纖維--聚丙烯腈纖維材料表面，并研究其催化性能，其意義在于：（1）將石墨烯基納米復(fù)合材料負(fù)載在纖維表面，可以有效改善復(fù)合材料在液體反應(yīng)體系中的分散性，達(dá)到提高材料性能的目的；（2）纖維為一維材料，且具有柔韌性，容易應(yīng)用于不同形狀的反應(yīng)器中；（3）纖維狀催化劑更加易于回收，有效減少催化劑流失；（4）有機(jī)合成纖維長度、粗細(xì)、白度、光澤等性質(zhì)可以在生產(chǎn)過程中加以調(diào)節(jié)，并分別具有耐光、耐磨、易洗易干、不霉?fàn)€等特點(diǎn)，使得復(fù)合材料應(yīng)用范圍更加廣泛。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種聚丙烯腈纖維負(fù)載鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，該制備方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；所制備的石墨烯包覆聚丙烯腈纖維復(fù)合材料（Co/graphene-PAN）中鈷顆粒均勻的分布在聚丙烯腈纖維（PAN）表面，復(fù)合材料具有良好的催化性能，催化硼氫化鈉溶液制備氫氣速率較鈷/石墨烯復(fù)合材料（約900mL_氫氣·min^-1·g_催化劑^-1）提高了近三倍,具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的一種聚丙烯腈纖維負(fù)載鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括：

（1）鈷/石墨烯復(fù)合材料Co/graphene及石墨烯包覆聚丙烯腈纖維復(fù)合材料graphene/PAN制備；

a.Co/graphene的制備

將氧化石墨分散于乙二醇溶液中，所得混合液超聲分散60min后，加入硝酸鈷、無水乙酸鈉以及聚乙二醇400，攪拌2h，形成反應(yīng)液，氧化石墨、乙二醇、硝酸鈷、無水乙酸鈉、聚乙二醇的配比為55mg：55ml：165mg：1800mg：0.3mL，反應(yīng)液在200℃下反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束，離心收集產(chǎn)物，用去離子水、無水乙醇洗滌產(chǎn)物，然后將產(chǎn)物在80℃下干燥12h，得到鈷/石墨烯復(fù)合材料。

b.graphene/PAN的制備