[發明專利]一種石墨烯/納米顆粒氣凝膠的快速制備方法

在審

• 申請號: 201710058053.2
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN107381560A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 黃劍瑩;毛佳俊;孟凱;張克勤;賴躍坤
• 申請（專利權）人: 南通紡織絲綢產業技術研究院;蘇州大學
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194;C01B32/192;C08L87/00;C08K3/04;C08J9/28;B01J13/00
• 代理公司: 蘇州市新蘇專利事務所有限公司32221
• 代理人: 孫懷香

技術領域

本發明屬于納米材料領域，更具體涉及一種快速大量制備石墨烯/納米粒氣凝膠的方法。

背景技術

石墨烯自2004年被A.K.Geim教授課題組成功制備后，又逐漸發現其優異的光電性能、機型性能、熱血性能，迅速成為研究熱點。石墨烯氣凝膠作為石墨烯的宏觀組裝材料，具有超輕、高彈性、高比面積、疏水，阻燃等一系列性質，得到了很大的關注。

現有的制備石墨烯氣凝膠一般有水熱法，模板導向法，添加物交聯法。這些方法制成的一般需要多個步驟，耗時長，或者功能單一。簡潔有效的制作性能優異的石墨烯氣凝膠越來越受重視。

發明內容

本發明的目的是提供一種快速大量制備石墨烯/納米粒氣凝膠的方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種石墨烯/納米顆粒氣凝膠的快速制備方法，包括

將氧化石墨烯水溶液和還原劑混合制得混合液；

向所述混合液Ⅰ中加入有機金屬框架納米粒溶液或金屬氧化物納米粒溶液，并超聲混合制得混合液Ⅱ；

將混合物Ⅱ烘干制得水凝膠，繼續冷凍干燥制得氣凝膠。

在一些實施方式中，所述混合為超聲混合。

在一些實施方式中，所述還原劑為水合肼或維生素C。

在一些實施方式中，所述氧化石墨烯水溶液的濃度為1-4mg/mL。

在一些實施方式中，所述氧化石墨烯與所述還原劑的比例為1mg：1-3uL。

在一些實施方式中，所述氧化石墨烯與所述金屬氧化物納米粒顆粒的質量比為1:0.5-4。

在一些實施方式中，所述混合物Ⅱ置于烘箱中烘干，溫度為80℃-100℃，時間為0.5h-6h。

在一些實施方式中，所述有機金屬框架含有金屬離子，所述金屬氧化物納米粒含有金屬離子。

其有益效果為：本發明中的還原劑可去除氧化石墨烯中的含氧基團提高π-π鍵的堆積，進而提高有機金屬框架和石墨烯的進行自行組裝的能力，本發明中的金屬顆粒使石墨烯片快速自組裝并賦予其功能性。

本發明的制備方法由于還原劑和金屬離子的共同作用，在95°下只需要1h 就行形成水凝膠，水凝膠的形成較為快速，安全可控，耗能耗時少。

本發明中的還原劑使得氧化石墨烯中含氧基團的去除，形成的氣凝膠具有疏水、阻燃和導電的性能；由于有機金屬框架如2-甲基咪唑本身是多孔聚合物和疏水性以及粗糙結構，賦予氣凝膠超疏和高比面積的性能；金屬氧化物如四氧化三鐵可賦予氣凝膠磁性。

附圖說明

圖1是氧化石墨烯/2-甲基咪唑鋅鹽的掃描電鏡圖；

圖1a是氧化石墨烯和氧化石墨烯氣凝膠/2-甲基咪唑鋅鹽的紅外光譜；

圖1b是氧化石墨烯和氧化石墨烯氣凝膠/2-甲基咪唑鋅鹽的拉曼光譜；

圖1c是氧化石墨烯氣凝膠/2-甲基咪唑鋅鹽的X射線衍射圖譜；

圖2是氧化石墨烯/四氧化三鐵的掃描電鏡圖；

圖2a是氧化石墨烯和氧化石墨烯氣凝膠/四氧化三鐵的紅外光譜；

圖2b是氧化石墨烯和氧化石墨烯氣凝膠/四氧化三鐵的拉曼光譜；

圖2c是氧化石墨烯氣凝膠/四氧化三鐵的X射線衍射圖譜；

圖3是氧化石墨烯氣凝膠/ZnO的電鏡圖；

圖4是氧化石墨烯氣凝膠/Mil-88(Fe)的電鏡圖；

圖5是氧化石墨烯氣凝膠/CuO的電鏡圖。

具體實施方式

實施例1

將12mL含1mg/mL氧化石墨烯水溶液與1uL的還原劑水合肼超聲混合后裝入小瓶，再向小瓶中加入600uL濃度為20mg/mL的2-甲基咪唑鋅鹽納米顆粒溶液超聲混合，將小瓶密閉置于90℃的烘箱中1h，制得水凝膠，取出水凝膠冷凍干燥制得氣凝膠。如圖1所示，具有立方晶型的2-甲基咪唑鋅鹽(ZIF-8)均勻的分布在石墨烯片層上。如圖1a、1b和1c所示，氧化石墨烯的C＝O被還原，制成的新形混合物氣凝膠多出了ZIF-8的特征峰。

實施例2

將10mL含1.5mg/mL氧化石墨烯水溶液與1uL的還原劑水合肼超聲混合后裝入小瓶，再向小瓶中加入700uL濃度為30mg/mL的四氧化三鐵納米顆粒溶液超聲混合，將小瓶密閉置于90℃的烘箱中1h，制得水凝膠，取出水凝膠冷凍干燥制得氣凝膠。如圖2所示，小顆粒的四氧化三鐵均勻的分布在石墨烯片層上。如圖2a、2b和2c所示，氧化石墨烯的C＝O被還原,制成的新形混合物氣凝膠多出了四氧化三鐵的特征峰。

實施例3