[發明專利]一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復合材料的制備及應用

有效

• 申請號: 201611014313.8
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106629817B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 岳紅彥;林軒宇;高鑫;王寶;姚龍輝;郭二軍;宋姍姍;張宏杰;關恩昊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: C01B32/186
• 分類號: C01B32/186;C01G9/02;C01B32/194;G01N27/26;B82Y30/00
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1.一種石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復合材料的制備方法是按以下步驟進行的：

一、化學氣相沉積法

(1)將泡沫鎳置于石英管式爐中央，在氬氣和氫氣的保護下從室溫以10℃/min～30℃/min的升溫速率加熱至溫度為900℃～1200℃，并在溫度為900℃～1200℃的條件下保溫30min～60min，在溫度為900℃～1200℃的條件下向管式爐中以5sccm～10sccm的速率通入甲烷氣體5min～20min，然后將石英管式爐以70℃/min～90℃/min的冷卻速率從溫度為900℃～1200℃冷卻至室溫，得到被石墨烯包覆的泡沫鎳；步驟一(1)中所述的泡沫鎳密度為420g/m2～440g/m2，厚度為1.5mm～2.0mm；步驟一(1)中所述的氬氣的流速為450sccm～550sccm，氫氣的流速為150sccm～250sccm；

(2)將聚甲基丙烯酸甲酯加入乳酸乙酯中，在溫度為80℃～120℃的條件下加熱攪拌1h～2h得到混合溶液，按每平方厘米有100μL～200μL的使用量利用加樣槍將混合溶液滴加到步驟一(1)得到的被石墨烯包裹的泡沫鎳表面上，在室溫下自然干燥，然后在溫度為150℃～200℃的條件下保溫0.5h～1h得到表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯；步驟一(2)中所述的混合溶液中甲基丙烯酸甲酯的質量分數為4％～5％；

(3)將步驟一(2)得到的表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯切割成表面積為0.5cm2～2cm2的立方體，并完全浸泡于溫度為80℃～90℃、濃度為3mol/L～4mol/L的鹽酸溶液中4h～6h得到去除鎳的三維泡沫石墨烯；

(4)將步驟一(3)得到的去除鎳的三維泡沫石墨烯浸泡于溫度為50℃～80℃的丙酮中1h～2h，得到去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯，然后用蒸餾水將去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯清洗干凈，然后將清洗干凈的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯移到干凈的ITO玻璃上；干燥后，按每平方厘米有50μL～120μL的使用量利用加樣槍將氧化鋅種子層溶液滴加到清洗干凈的去除聚甲基丙烯酸甲酯的泡沫石墨烯上，再置于溫度為150℃～200℃的條件下保溫20min～30min，得到預制有氧化鋅種子層的三維泡沫石墨烯/ITO玻璃；步驟一(4)中所述的干凈的ITO玻璃是先后依次在丙酮中超聲清洗10min～20min，乙醇中超聲清洗10min～20min和去離子水中超聲清洗10min～20min，在室溫下自然干燥得到的；步驟一(4)中的所述的氧化鋅種子層溶液是按以下步驟合成的：將醋酸鋅溶于甲醇中，然后以400r/min～500r/min的轉速磁力攪拌2min～5min，得到氧化鋅種子層溶液；其中所述的氧化鋅種子層溶液中醋酸鋅的濃度為0.01mol/L～0.05mol/L；

冷凍干燥得到泡沫石墨烯；

二、水熱合成法

(1)用蒸餾水作為溶劑分別配制濃度為0.05mol/L～0.1mol/L的硝酸鋅溶液、0.05mol/L～0.1mol/L的六亞甲基四胺溶液、0.1mol/L～0.5mol/L氨水溶液和1mmol/L～5mmol/L聚醚酰亞胺溶液，并將四種溶液混合均勻后以450r/min～550r/min的轉速磁力攪拌3min～5min得到水熱反應溶液；

(2)將步驟二(1)中得到的水熱反應溶液倒入反應釜中，然后將步驟一(4)得到的預制有氧化鋅種子層的三維泡沫石墨烯/ITO玻璃倒立放置于反應釜中的混合溶液中，蓋上反應釜蓋子，在90℃～120℃的溫度條件下反應8h～12h，然后取出在空氣中自然冷卻至室溫，得到復合材料，打開反應釜用蒸餾水將復合材料清洗干凈，并于400℃～500℃下保溫1h～2h，隨爐冷卻至室溫，由此得到氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復合材料；

三、化學氣相沉積法

將步驟二(2)中得到的氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復合材料置于石英管式爐中央，在氬氣的保護下從室溫以10℃/min～30℃/min的升溫速率加熱至溫度為600℃～800℃，并在溫度為600℃～800℃的條件下保溫40min～60min，在溫度為600℃～800℃的條件下向管式爐中以5sccm～10sccm的速率通入甲烷氣體10min～20min，然后將石英管式爐以20℃/min～40℃/min的冷卻速率從溫度為600℃～800℃冷卻至室溫，得到石墨烯/氧化鋅納米線陣列/三維泡沫石墨烯復合材料。