[發明專利]一種石墨烯上原位制備小尺寸金屬氧化物的方法

有效

• 申請號: 201710861380.1
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107619045B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 梁長浩;葉一星;張豪;張超
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194;C01G9/02;C01G45/02;C01G51/04;C01G53/04;C01G21/02;C01G3/02;B82Y30/00
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;李闖

本發明公開了一種石墨烯上原位制備小尺寸金屬氧化物的方法，包括：采用波長為200～600nm的激光對石墨烯?金屬離子反應液進行輻照(輻照時間依照不同金屬氧化物成核快慢而不等，通常15min～2h)，從而在石墨烯上原位制備粒度＜3nm的小尺寸金屬氧化物；其中，所述的石墨烯?金屬離子反應液是石墨烯吸附和絡合金屬離子后的絮狀混合溶液、氧化石墨烯吸附和絡合金屬離子后的絮狀混合溶液、還原氧化石墨烯吸附和絡合金屬離子后的絮狀混合溶液中的至少一種。本發明不僅金屬氧化物尺寸小(粒度＜3nm)、高度均勻分散，而且無須加入任何其他還原劑、穩定劑等化學藥劑，對原料用量無要求，操作簡單，綠色高效。

技術領域

本發明涉及石墨烯上制備金屬氧化物技術領域，尤其涉及一種石墨烯上原位制備小尺寸金屬氧化物(本發明中的小尺寸金屬氧化物是指粒度＜3nm的金屬氧化物)的方法。

背景技術

金屬氧化物具有獨特的物理化學性質，而且具有低成本、環境友好、分布廣等優點，因而被廣泛應用于光催化、電催化、生物學等領域。石墨烯在室溫下的電子遷移率可以達到15000cm²/V·s，并且具備完美的量子隧道效應、較大的比表面積(2600m²/g)以及半整數量子霍爾行為，因此金屬氧化物-石墨烯納米復合材料受到了人們的廣泛關注。

將金屬氧化物與石墨烯復合在一起不僅可以提高金屬氧化物的電傳導性，而且可以使納米粒子嵌入相鄰的石墨烯片層間，有效阻止石墨烯片因范德華力作用而發生的堆疊。大尺寸金屬氧化物納米粒子表面的活性位點低，不利于發揮其在電催化/光催化等反應中的作用。若納米粒子尺寸降低到2nm左右，不但比表面積大大增加，且邊角原子的密度也會大大增加。

目前，將金屬氧化物與石墨烯復合在一起的常用方法有水熱法、溶劑熱法、化學氣相沉積法、溶膠凝膠法等，但這些方法所制得的金屬氧化物尺寸普遍為10～30nm且顆粒分布不均勻，即使精確控制還原劑、Capping試劑、連接劑等藥劑的種類和用量，所制得的金屬氧化物尺寸也大都為3～10nm，而且制備過程中都不可避免地使用了各種化學藥劑，容易殘留雜質，步驟復雜，過程繁瑣。

發明內容

針對現有技術中的上述不足之處，本發明提供了一種石墨烯上原位制備小尺寸金屬氧化物的方法，不僅金屬氧化物尺寸小(粒度＜3nm)、高度均勻分散，而且無須加入任何其他的還原劑、穩定劑等化學藥劑，對原料用量無要求，操作簡單，綠色高效。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種石墨烯上原位制備小尺寸金屬氧化物的方法，包括：采用波長為200～600nm的激光對石墨烯-金屬離子反應液進行輻照，從而石墨烯上原位制得粒度＜3nm的小尺寸金屬氧化物；其中，所述的石墨烯-金屬離子反應液是石墨烯吸附和絡合金屬離子后的絮狀混合溶液、氧化石墨烯吸附和絡合金屬離子后的絮狀混合溶液、還原氧化石墨烯吸附和絡合金屬離子后的絮狀混合溶液中的至少一種。

優選地，所述石墨烯-金屬離子反應液的制備方法包括：將石墨烯、氧化石墨烯或還原氧化石墨烯與金屬離子溶液混合，待石墨烯、氧化石墨烯或還原氧化石墨烯吸附和絡合金屬離子后，得到石墨烯-金屬離子反應液。

優選地，所述的金屬離子溶液為醋酸鹽溶液。

優選地，所述激光對石墨烯-金屬離子反應液進行輻照的輻照時間為15min～2h。

優選地，所述的金屬離子為Cu²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Pb²⁺中的至少一種。

優選地，所述氧化石墨烯或石墨烯是采用Hummers法制備的氧化石墨烯或石墨烯。