[發明專利]一種非晶碳-還原性氧化石墨烯-四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維電導的調控方法

有效

• 申請號: 201811523610.4
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109853085B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 馮秋霞;李曉干;王兢;林仕偉;何婷婷;陳漢德;李欣宇
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: D01F9/08
• 分類號: D01F9/08;D01F1/09
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于納米材料技術領域，提供了一種非晶碳?還原性氧化石墨烯?四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維電導的調控方法，通過該調控方法得到的非晶碳?還原氧化石墨烯與四氧化三鈷復合納米纖維所制備的氣體傳感器，電阻從幾Ω到幾十MΩ可調。本發明采用靜電紡絲法以及Ar環境燒結獲得非晶碳?還原性氧化石墨烯?四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維，通過在含有O₂的Ar環境下處理實現非晶碳的剝離，獲得的具有不同電導的非晶碳?還原性氧化石墨烯?四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維，化學性質穩定、對NH₃氣敏特性良好的、復合物的電導率可調。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種非晶碳-還原性氧化石墨烯-四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維電導的調控方法。

背景技術

非晶碳是內部結構短程有序長程無序的微晶碳。由碳原子六角形環狀平面形成的層狀結構零亂而不規則，晶體形成有缺陷，而且晶粒微小。

還原性氧化石墨烯(rGO)是石墨烯的派生物之一，由氧化石墨烯還原處理后得到。而氧化石墨烯與石墨烯結構大體相同，是在單層二維結構基礎上連有環氧基、羥基、羰基和羧基等功能性基團，這些功能性基團使得GO具有親水性、與一些聚合物兼容性的特點，但是層面內的π鍵有所斷裂，因而部分失去了傳導電子的能力。而通過還原劑對GO進行還原處理，這些功能性基團部分會被除去，石墨烯的部分π鍵會得以恢復，即得到rGO。rGO上含有可以進一步功能化的官能團，用于合成與金屬氧化物的復合物便于協同作用的發揮。

四氧化三鈷(Co₃O₄)是一種重要的正常尖晶石型結構的過渡金屬氧化物，具有獨特的光、電、磁、電化學、催化等性能，除應用于超硬材料、搪瓷陶瓷顏料等傳統領域外、還廣泛地應用于壓敏氣敏傳感器、催化劑、超級電容器、平板顯示器、磁性材料和鋰離子電池正極材料等眾多新領域。

在復合材料領域，碳材料被越來越多的用于與金屬及金屬氧化物等形成復合材料，如碳納米管、石墨烯、GO/rGO，Co₃O₄/石墨烯復合納米材料的制備和性能研究一直是當前的熱點之一，在鋰電池電極材料、催化劑以及磁性材料已經取得了積極的進展。由于碳材料和Co₃O₄的含量相對固定，生成的復合材料一般來說電導值單一。即使通過改變碳材料和Co₃O₄的含量來調節，在某些情況下受制備條件及材料形貌的限制，電導的調節范圍也很有限。因此，研發出一種工藝步驟簡單，成本低，使得Co₃O₄/石墨烯復合納米材料的電導可調成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種非晶碳-還原性氧化石墨烯-四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維電導的調控方法，本發明的非晶碳-還原性氧化石墨烯-四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維電導率可調，制得的非晶碳-還原性氧化石墨烯-四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維氣體傳感器電阻從幾Ω到幾十MΩ可調。同時本發明采用靜電紡絲法獲得氧化石墨烯與Co的硝酸鹽先驅物等構成的納米纖維，通過Ar環境燒結法實現非晶碳-還原性氧化石墨烯-四氧化三鈷包裹結構的納米纖維，通過在含O₂的Ar環境中處理進行碳剝離，改變復合材料的電導，其制備工藝簡單成本低，獲得的非晶碳-還原性氧化石墨烯-四氧化三鈷包裹結構的納米纖維化學性質穩定、氣敏特性良好。

本發明的技術方案：

一種非晶碳-還原性氧化石墨烯-四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維電導的調控方法，調控方法得到的非晶碳-還原性氧化石墨烯-四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維，包括非晶碳、還原性氧化石墨烯和四氧化三鈷；非晶碳和還原性氧化石墨烯包裹在四氧化三鈷上，非晶碳占復合納米纖維的質量分數為0.1％～13％，還原性氧化石墨烯占復合納米纖維的質量分數為1％；得到的非晶碳-還原性氧化石墨烯-四氧化三鈷包裹結構的復合納米纖維氣體傳感器電阻從幾Ω到幾十MΩ可調。