[發(fā)明專利]一種超臨界CO2原位制備Au/石墨烯納米復(fù)合材料的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710262756.7
• 申請(qǐng)日: 2017-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN107096926A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇峰華;孟元;陳揚(yáng)枝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F9/24
• 分類號(hào): B22F9/24;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超臨界CO₂原位制備Au/石墨烯納米復(fù)合材料的方法。

技術(shù)背景

納米復(fù)合材料具有一般納米粒子的特性，體現(xiàn)為尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)、表界面效應(yīng)、局域場(chǎng)效應(yīng)，引起納米材料光、點(diǎn)、熱、聲、磁等宏觀特性的顯著不同。另外，納米復(fù)合材料往往產(chǎn)生其組分優(yōu)勢(shì)性能的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，表現(xiàn)出更強(qiáng)的宏觀性能。因此，納米復(fù)合材料的相關(guān)研究已經(jīng)成為各國(guó)科技界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。

目前，制備金屬/碳材納米復(fù)合材料的物理和化學(xué)方法眾多。其中，原位化學(xué)是一種比較重要的常規(guī)方法，它是利用合適的還原劑還原金屬離子，使得金屬離子直接在碳材料表面上成核、生長(zhǎng)和沉積，從而形成金屬/碳基納米復(fù)合材料。例如：申請(qǐng)?zhí)枮?01110133110.1的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開的一種Sn-Sb/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，利用堿金屬的硼氫化物一步還原Sn和Sb的無(wú)機(jī)鹽前驅(qū)體，獲得了Sn-Sb/石墨烯納米復(fù)合材料；申請(qǐng)?zhí)枮?01210046310.8的發(fā)明專利則提出了一種金屬/石墨烯納米復(fù)合材料的光還原一步法和光催化還原一步法，巧妙利用光照條件引發(fā)還原劑同時(shí)還原金屬配體和氧化石墨烯，提高了反應(yīng)可控性。

常規(guī)化學(xué)法雖然工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，迅速便捷，但也存在不少缺陷，如納米金屬顆粒大小尺寸差別太大、納米顆粒分布不均勻以及金屬含量低等問題。所以，常規(guī)化學(xué)法難以制備出高質(zhì)量的復(fù)合材料，批次性也較差。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種超臨界CO₂原位制備Au/石墨烯納米復(fù)合材料的方法。該方法以金的無(wú)機(jī)鹽前驅(qū)體和氧化石墨為原料，利用超臨界二氧化碳（ScCO₂）輔助化學(xué)制備Au/石墨烯納米復(fù)合材料。將含金前驅(qū)體溶解到超臨界二氧化碳和共溶劑中，由于ScCO₂具有強(qiáng)的溶解能力、低的黏度和表面張力，能輕易潤(rùn)濕碳基基板和高度分散納米粒子，利用超臨界二氧化碳對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行剝離，金離子和氧化石墨烯官能團(tuán)相互靜電吸引，反應(yīng)生成的金核對(duì)石墨烯進(jìn)行插層，擴(kuò)大石墨烯的層間距，沉積后的金納米晶體牢牢地吸附在石墨烯片層上，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制，制備得到金納米粒子粒徑細(xì)小、分布均勻的Au/石墨烯納米復(fù)合材料。

本發(fā)明方法使得納米Au和石墨烯均勻復(fù)合，納米Au均勻地負(fù)載在石墨烯的片層上，獲得批次性好、綜合宏觀性能更高的Au/石墨烯納米復(fù)合材料。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種超臨界CO₂原位制備Au/石墨烯納米復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

（1）將氧化石墨烯、含金前驅(qū)體和表面活性劑超聲分散于共溶劑中，再加入還原劑的水溶液，得到分散均勻的分散液；

（2）將分散液以及磁力攪拌子一同裝入反應(yīng)釜中，密封后通入高純CO₂排除空氣，加壓加熱，同時(shí)磁力攪拌下進(jìn)行反應(yīng)；

（3）反應(yīng)結(jié)束后，緩慢泄壓并冷卻至室溫，將反應(yīng)產(chǎn)物取出，洗滌，真空干燥，得到所述Au/石墨烯納米復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述含金前驅(qū)體為氯金酸。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述表面活性劑包括十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或十六烷基磺酸鈉。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述共溶劑包括乙醇和乙二醇中的一種以上。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述還原劑包括葡萄糖。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述氧化石墨烯和含金前驅(qū)體的質(zhì)量比1：1~6，優(yōu)選為1：2~4，更優(yōu)選為1：2。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述表面活性劑在分散液中的添加濃度為0.00035~0.0012mol/L。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述含金前驅(qū)體與共溶劑的料液比為2~12:1g/mL。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述還原劑的水溶液的濃度為0.28~1.67mol/L。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述共溶劑與還原劑的水溶液的體積比為25:1。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述加熱是加熱至90~150℃，優(yōu)選為115~125℃。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述加壓是加壓至8~16MPa，優(yōu)選為10~12Mpa。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述磁力攪拌的轉(zhuǎn)速為400~600r/min。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述反應(yīng)的時(shí)間為2~4h。