[發明專利]一種石墨烯-金屬氧化物復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310180578.5
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103274463A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 張云;付東升;楊陽
• 申請（專利權）人: 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: C01G25/02
• 分類號: C01G25/02;C01B31/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明涉及一種石墨烯-金屬氧化物復合材料及其制備方法，屬于無機復合材料制備技術領域。

背景技術

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是碳的二維結構，是一種“超級材料”，是最薄卻也是最堅硬、傳遞電子速度最快的納米材料。英國物理學家Andre?Geim和Konstantin?Novoselov因在石墨烯材料方面的卓越研究，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯負載復合物是是石墨烯眾多研究領域之一，近年來受到了極大的關注。氧化石墨烯是石墨烯的一種重要的衍生物，也是功能化的石墨烯，表面有大量的官能團，如羧基、羥基、環氧基，這使得他容易與水分子形成氫鍵，因而具有良好的親水性。氧化石墨烯的活潑性為制備氧化石墨烯/金屬氧化物復合材料提供了先決條件。

二氧化鈰（CeO₂）具有晶型單一,電化學性能和光學性能良好等優點,用作拋光粉、儲氫材料、熱電材料、鈰鎢電極、陶瓷電容器、壓電陶瓷、鈰碳化硅磨料、燃料電池原料、汽車尾氣催化劑、某些永磁材料、各種合金鋼及有色金屬合金等，高純氧化鈰也用于生產稀士發光材料，廣泛應用于陶瓷、電工、化工等行業。向CeO₂中添加其他金屬離子所形成的固溶體，由于離子的加入，可導致CeO₂產生晶格畸變和缺陷，從而增強氧的活動能力、改善CeO₂熱穩定性、催化活性、電導率及離子傳導率等。Sm摻雜CeO₂(SDC)，Gd摻雜CeO₂(GDC)由于具有較高的電導率而被廣泛研究。

二氧化鋯（ZrO₂）作為一種催化劑、催化劑載體、陶瓷和電極等材料己引起了人們廣泛的關注。作為功能材料，它被廣泛應用于光、電、磁、熱等各個領域，是2l世紀最有發展前途的功能材料之一。但是常規的二氧化鋯熱穩定性差、比表面小、孔隙欠發達。在氧化鋯中添加一定量的其他金屬氧化物，可以使高溫下才能穩定存在的四方甚至立方相氧化鋯以介穩態存在于常溫下。利用其相變增韌效果改善氧化鋯材料的力學性能和抗熱震性，一些物質的摻入還可顯著增加氧化鋯固體電解質內的氧空位濃度，提高材料的氧離子電導。如Y₂O₃，Sc₂O₃等，就可以在室溫下形成穩定的立方螢石相結構，并且使氧空位濃度增加保持材料整體的電中性。

將石墨烯引入金屬氧化物中，一方面可以提高金屬氧化物的電導率，另一方面還可以緩解金屬氧化物的體積膨脹，很大程度上提高了金屬氧化物的電化學性能和循環穩定性。該復合材料可應用于航空航天、光學系統、空間技術、能源技術等諸多領域。

發明內容

本發明的目的在于提供一種化學穩定性和循環穩定性良好的石墨烯-金屬氧化物復合材料，并提供該復合材料的制備方法，石墨烯的添加增加了復合材料的強度、韌性以及電化學性能，對于推動復合材料的應用具有重要的意義。

本發明的目的是通過下述技術方案來實現的：

一種石墨烯-金屬氧化物復合材料，該復合材料由下述重量份數的原料制備而成：

氧化石墨烯???????????????????????????0.1-30；

鈰鹽（或鋯鹽）?????????????????????40-99.85；

水合肼?????????????????????????????0.01-300；

助劑????????????????????????????????0.03-40。

優選地，所述鈰鹽（或鋯鹽）為金屬鈰或鋯的氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽或草酸鹽。

優選地，所述助劑為助劑金屬鹽或助劑金屬氧化物，所述助劑金屬鹽為釔（Y）、鈧（Sc）、釤（Sm）或釓（Gd）的氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、醋酸鹽或草酸鹽，所述助劑金屬氧化物為釔（Y）、鈧（Sc）、釤（Sm）或釓（Gd）的氧化物。

相應地，本發明給出了石墨烯-金屬氧化物復合材料的制備方法，包括下述步驟：

1）將重量份數為0.1-30份的氧化石墨烯加去離子水稀釋，超聲分散得氧化石墨烯溶液；

2）將重量份數為40-99.85份的鈰鹽（或鋯鹽）加入到步驟1）所述氧化石墨烯溶液中，再次超聲分散得到混合液；

3）在步驟2）所得混合液中加入重量份數為0.03-40份的助劑；