[發(fā)明專利]一種層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811036103.8
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN108946801B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧紅斌;阮英波;楊重陽;張佳佳;趙則棟;王燦燦;馬建華;孫敏強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;C01G23/047;C01G49/08;C01G45/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發(fā)明涉及一種層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料及其制備方法。將層狀石墨烯框架材料顆粒浸入金屬鹽溶液中并過濾得到包含金屬鹽溶液的濕態(tài)層狀石墨烯框架材料顆粒；濕態(tài)層狀石墨烯框架材料顆粒經(jīng)沉淀并干燥或直接干燥獲得層狀石墨烯框架材料/金屬氧化物前驅(qū)體復(fù)合物；層狀石墨烯框架材料/金屬氧化物前驅(qū)體復(fù)合物經(jīng)煅燒得到層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所涉及原材料價格低廉，反應(yīng)條件溫和，工藝簡單。本發(fā)明所得層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料由周期性交替平行排列的單層石墨烯片和金屬氧化物層構(gòu)成，具有可調(diào)的結(jié)構(gòu)和組成，可用于生物檢測、化學(xué)催化、電化學(xué)儲能、氣體分離、廢水處理、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域等多個領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料及其制備方法。具體為將層狀石墨烯框架材料顆粒浸入金屬鹽溶液中并過濾得到包含金屬鹽溶液的濕態(tài)層狀石墨烯框架材料顆粒；所述濕態(tài)層狀石墨烯框架材料顆粒經(jīng)沉淀并干燥或直接干燥獲得層狀石墨烯框架材料/金屬氧化物前驅(qū)體復(fù)合物；所述層狀石墨烯框架材料/金屬氧化物前驅(qū)體復(fù)合物經(jīng)煅燒得到層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料。

背景技術(shù)

石墨烯是由單層碳組成的二維晶格結(jié)構(gòu)，是sp²雜化碳原子構(gòu)成的高密度原子層排列形成的蜂窩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，單層石墨烯的厚度只有0.34 nm。自2004年被首次被發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯就憑借其優(yōu)異的導(dǎo)電性（電荷遷移率可達(dá)200000 cm²V^-1s^-1）、力學(xué)性能（石墨烯的理論楊氏模量達(dá)1.0 TPa，固有的拉伸強(qiáng)度為130 GPa）、導(dǎo)熱性能（導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 Wm^-1K^-1）和超大的比表面積（理論比表面積2630 m²g^-1）在電子器件、導(dǎo)電油墨、透明導(dǎo)電膜以及聚合物復(fù)合物等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。金屬氧化物具有很多獨特的性能，如電化學(xué)性能、催化性能、磁性等。而納米化的金屬氧化物因其納米顆粒粒徑小，比表面積大，表現(xiàn)出一些特殊的聲、光、電、磁等性能，可用于多種功能元件的制造，在光學(xué)、電子學(xué)、傳感器、催化、儲能等眾多領(lǐng)域存在廣泛應(yīng)用潛力。不難想象，如果將石墨烯與金屬氧化物復(fù)合有望獲得性能更加優(yōu)異的納米復(fù)合材料。但是現(xiàn)有制備石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料的方法通常采用石墨烯與金屬氧化物納米粒子物理共混，或者在已有石墨烯材料表面生長金屬氧化物納米粒子。由于石墨烯材料表面的惰性，這些方法制備的到的石墨烯/金屬氧化物復(fù)合材料存在金屬氧化物負(fù)載量通常不高，金屬氧化物分布不均勻存在分相等問題，難以得到均勻的石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料。因此，如何獲得高負(fù)載量并且負(fù)載量精確可調(diào)的石墨烯/金屬氧化物復(fù)合材料，同時實現(xiàn)石墨烯與金屬氧化物的均勻復(fù)合，特別是石墨烯與金屬氧化物層層周期性排列的復(fù)合材料，成為亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明制備的層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料由周期性交替平行排列的單層石墨烯片和金屬氧化物層構(gòu)成，具有可調(diào)的結(jié)構(gòu)和組成，可用于生物檢測、化學(xué)催化、電化學(xué)儲能、氣體分離、廢水處理、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域等多個領(lǐng)域。

本發(fā)明提出的一種層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料，所述層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料由周期性交替平行排列的單層石墨烯片和金屬氧化物層構(gòu)成，其中：石墨烯片層與金屬氧化物層的質(zhì)量比為100: 1~10000。

本發(fā)明中，金屬氧化物層厚度為0.5-50 納米，金屬氧化物層的厚度可以通過調(diào)節(jié)金屬氧化物的含量實現(xiàn)精確可控調(diào)節(jié)。

本發(fā)明中，所述金屬氧化物層采用的金屬元素為鐵、鋁、鎂、鈦、鋅、鉻、銅、錳、鋇、鎳、鈷、鋯、錫、銀或鎢中的一種或幾種混合。

本發(fā)明提出的一種層狀石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下：