[發(fā)明專利]一種銅/石墨烯核殼結構的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811228517.0
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109107500B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 苗中正;苗愛民;陳舒婷
• 申請（專利權）人: 鹽城師范學院
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種銅/石墨烯核殼結構的制備方法。將銅納米顆粒/銅納米球放入CVD管式爐中，在氫氣和氬氣混合氣氛下，通入碳源，在銅納米顆粒/銅納米球表面生長石墨烯，形成初始核殼結構；將初始核殼結構放入尺寸相當的石墨烯分散液中，攪拌，得到銅/石墨烯核殼結構。本發(fā)明所述方法得到的銅/石墨烯核殼結構可有效保護納米銅，增加了復合材料的彈性與韌性，石墨烯與銅結合牢固，步驟簡單，污染少，適于工業(yè)或實驗室操作。

技術領域

本發(fā)明涉及新材料制備領域，尤其涉及一種銅/石墨烯核殼結構的制備方法。

背景技術

金、銀和鉑族金屬資源有限且價格昂貴，制約了其大規(guī)模地推廣與應用，資源豐富且較為廉價的銅納米顆粒被視為貴金屬納米顆粒理想的替代者。銅納米顆粒用作熱氫發(fā)生器、凝膠推進劑、燃燒活性劑、催化劑、水清潔吸附劑、燒結活性劑等，納米銅中的銅原子雖然和普通銅的銅原子一樣，不改變物質狀態(tài)，但是納米銅顆粒很小，呈現的化學性質較普通銅更為活潑，顆粒易團聚，露出在空氣中時很容易在表面形成氧化膜，不宜長時間保存，導致銅納米顆粒在實際應用中受到很大的限制。

使用石墨烯包裹銅納米顆粒可避免納米銅表面氧化膜的形成，且石墨烯包覆銅納米顆粒核殼結構復合材料的催化效率比貴金屬納米顆粒提高很多，也可制備成導電墨水取代銀墨水，應用于觸摸屏、顯示屏等領域。中國發(fā)明專利(CN201410690635.9)《一種納米銅/石墨烯復合材料及其制備方法與應用》與中國發(fā)明專利(CN201310068516.5)《石墨烯基納米銅潤滑油添加劑的制備方法》制備的納米銅/石墨烯復合材料具有物相單一、形貌可控、負載量可控、納米銅粒徑小且均勻分布在石墨烯納米層表面等特點，但是并不能形成核殼結構，對納米銅進行持久有效地保護。曲良體等利用銅納米顆粒的還原性和氧化石墨烯的氧化性，采用一步法在銅納米顆粒表面制備2-3nm厚度的石墨烯層，石墨烯表面豐富的π-π鍵有利于捕捉反應分子，同時，石墨烯具有高的電子遷移率，利于加速反應的進程，其石墨烯殼層還可以保護銅納米顆粒不被氧化，保持了高的穩(wěn)定性，但是此方法利用膠體晶體為模板，且需要經過磁控濺射與高溫退火處理，方法復雜且耗能耗時，需要尋求更為便捷有效廉價的方法。

發(fā)明內容

提出了一種銅/石墨烯核殼結構的制備方法。化學氣相沉積法(CVD)可在平整的銅箔表面生長大面積的石墨烯，作為襯底的銅箔會被腐蝕掉；CVD法也可在崎嶇不平的泡沫銅表面生長石墨烯，借助泡沫銅基底的三維多孔骨架，生長體表面積大、質量輕的三維石墨烯，泡沫銅也會被腐蝕掉。本發(fā)明在銅納米顆粒/銅納米球表面直接生長單層/多層石墨烯，或者包裹不完全且不連續(xù)的石墨烯小片層/量子點，單層石墨烯/多層石墨烯/不連續(xù)的石墨烯小片層/石墨烯量子點與銅納米顆粒/銅納米球的結合非常牢固，克服了其他方法中石墨烯與銅顆粒復合不均勻與聯結不牢固的缺點；進一步利用在溶液中石墨烯片層可相互貼合疊加的特性，溶液中的石墨烯片與緊緊依附在銅納米顆粒/銅納米球外部的石墨烯/石墨烯量子點不停地疊加，形成多層石墨烯外殼。由于石墨烯片層疊加過程中錯位與邊界的存在，導致石墨烯外殼中存在褶皺，既增加了復合材料的彈性與韌性，也可防止銅納米顆粒的膨脹導致石墨烯外殼不能完全覆蓋銅顆粒。需要注意的是，溶液中的用于疊加的石墨烯尺寸要盡量與銅納米顆粒尺寸相當，才能傾向于形成包覆的核殼結構，而不是銅納米顆粒均勻分散在大片層的石墨烯表面上。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種銅/石墨烯核殼結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)將銅納米顆粒/銅納米球放入CVD管式爐中，在氫氣和氬氣混合氣氛下，通入碳源，在銅納米顆粒/銅納米球表面生長石墨烯，形成初始核殼結構；

(2)將初始核殼結構放入尺寸相當的石墨烯分散液中，攪拌，得到銅/石墨烯核殼結構。

步驟(1)中的銅納米顆粒/銅納米球的尺寸為10-1000nm。

步驟(1)中的氫氣和氬氣的流速為100-200sccm，碳源為乙炔、甲烷或乙烯，碳源流速為5-10sccm，生長溫度為750-1000℃。