[發明專利]一種石墨烯?Au?TiO2多元復合納米管材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710156049.X
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106861688A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 李靜玲;陳友根
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: B01J23/52
• 分類號: B01J23/52;B01J35/02
• 代理公司: 福州市鼓樓區京華專利事務所(普通合伙)35212
• 代理人: 宋連梅

【技術領域】

本發明屬于納米材料制備方法，具體是指一種石墨烯-Au-TiO₂多元復合納米管材料的制備方法。

【背景技術】

TiO₂是一種重要的無機功能材料，因其具有活性高、穩定性好、無二次污染、對人體無害且價格便宜，在太陽能的儲存與利用、光電轉換、光致變色及光催化降解大氣和水中的污染物等領域有廣闊的應用。

自1991年由Iijima發現碳納米管以來，吸引了人們對納米管材料研究的極大興趣。TiO₂納米管(TNTs)作為TiO₂納米材料的一種存在形式。管狀結構的二氧化鈦因其長徑比以及納米尺度的中空孔道，如果能在管中裝入更小的無機、有機、金屬或磁性納米粒子組裝成復合納米材料，則TiO₂納米管的光電性能和催化活性將得到大大的改善。管徑小于10nm的開口、中空TiO₂納米管還往往表現出顯著的尺寸效應，以及納米管比納米膜具有更大的比表面積，因而具有較高的吸附能力，大大改善TiO₂的光電、電磁及催化性能，進一步拓寬其在傳感器、儲氫材料、太陽能利用、光催化劑等領域應用。

TiO₂納米管的制備方法，主要有水熱法和陽極氧化法兩種方法。操作簡單、成本低廉的水熱合成法是目前制備TiO₂納米管最普遍的方法之一。水熱法是指在高溫下將TiO₂納米顆粒與堿液(通常選用廉價的NaOH溶液)進行反應得到鈦酸鹽，再經過離子交換以及焙燒從而制備TiO₂納米管的方法。據現有的文獻報道：采用溫和的水熱法制備TiO₂納米管的方法無外乎就是在高壓釜內將TiO₂納米顆粒與NaOH的水溶液進行混合，恒溫數天，洗滌并煅燒鈦酸鹽沉淀，最終制得TiO₂納米管。

Hong Rui Peng等采用銳鈦礦相TiO₂納米粒子與NaOH水溶液在更高的水熱處理溫度(>190℃)下合成反應，經500℃高溫煅燒一小時，制得管徑5-15nm、長度可達幾百納米至幾微米的束狀結構TiO₂納米管。梁建等將一定濃度的NaOH水溶液50ml與市售的TiO₂粉體顆粒按一定的比例混合攪拌后，得到的白色懸濁液裝入聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，將高壓釜放入加熱爐后，升溫至130℃，進行為期2～3天的恒溫水熱處理。白色沉淀物用去離子水洗滌至中性，粉體在60℃烘干，即得到TiO₂納米管。Ming-deng Wei等將市售試劑Na₂CO₃和銳鈦礦TiO2以1：3的比例進行混合，于1000℃高溫融熔2h，融塊被置于30ml高壓釜內并在140～170℃保溫5～18天。再經過濾、洗滌以及60℃下干燥4h后得到TiO₂納米管產品。

李靜玲等使用堿熔-水熱法，將AgNO₃引入TiO2納米管，制備了Ag-TiO₂復合納米管材料，并對其形貌和性能進行了研究。

石墨烯(Graphene)因為只有一層原子(即二維)，電子的運動被限制在一個平面上，因此有著全新的電學屬性。石墨烯是世界上導電性最好的材料，電子在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。由于其高導電性、高強度、超輕薄等特性，研制出薄、輕、拉伸性好和超強韌新型材料，在汽車、飛機和衛星制造以及新能源行業的開發應用，將發揮更重要的作用。在TiO₂納米管材料中增加石墨烯，對其復合材料的光學、電學性質以及光催化作用將產生較大的影響。

目前為止，石墨烯摻雜TiO₂納米管復合材料的制備多見于高壓反應釜水熱法。為了進一步提高復合TNTs的結晶度，獲取性能更為優異的TNTs，需要進行高溫煅燒的操作。在這一操作環節中，如果不采取有效隔絕空氣的加熱措施，石墨烯將不可避免地生成碳的氧化物，這將給復合石墨烯-TNTs(GTNTs)的結構與性能產生較大影響。目前為止，尚未見采用隔絕空氣的高溫加熱措施用于石墨烯-TNTs制備方法的報道。較為常見的制備方法是，為了避免碳氧化物生成，不再對石墨烯-TNTs進行高溫煅燒操作，這將影響TNTs的結晶度，進而直接影響TNTs的性能。