[發明專利]一種銀-二氧化鈦-石墨烯復合氣凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 202110268803.5
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113019324B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 崔升;付俊杰;徐世玉;劉學寧;王子寒;邰菊香;袁美玉
• 申請（專利權）人: 南京工業大學;江蘇瑞盈新材料科技發展有限公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01J13/00;G01N21/65
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

本發明涉及一種銀?二氧化鈦?石墨烯復合氣凝膠的制備方法，屬于復合材料制備工藝技術領域。先制備二氧化鈦氣凝膠，然后將二氧化鈦氣凝膠、銀源和氧化石墨烯分散液超聲混合均勻，進過水熱法制備得銀?二氧化鈦?石墨烯濕凝膠。用乙醇和去離子水的混合溶液進行老化和溶劑置換。采用冷凍干燥工藝，最終得到銀?二氧化鈦?石墨烯復合氣凝膠。本發明制備出的銀?二氧化鈦?石墨烯復合氣凝膠不僅具有較高的比表面積和SERS“熱點”密度，而且二氧化鈦的復合可以增強基底與鈾酰離子及其配合物發生電荷交互作用，提高SERS基底的極化率，使鈾酰離子及其配合物的SERS信號強度增加，在SERS檢測鈾酰離子及其配合物方面將具有很好的應用前景和無限的潛力。

技術領域

本發明屬于SERS檢測鈾酰離子無機納米材料制備的技術領域，涉及銀-二氧化鈦-石墨烯復合氣凝膠的制備方法。

背景技術

鈾在自然界中常以溶解態的六價鈾存在，其在水溶液中最穩定的存在形式為鈾酰離子。快速分析核泄露產生的放射性水體中鈾酰離子的含量，在核應急響應領域具有非常重要的研究意義。表面增強拉曼光譜(SERS)技術是一種新型的痕量分析技術，它可以將吸附在基底材料表面分子的拉曼信號放大10⁶～10¹⁵倍，是一種無損、快速、靈敏和低成本的檢測技術。

在石墨烯上負載銀納米顆粒可作為一種良好的SERS基底來檢測痕量的鈾酰離子。原因如下：①石墨烯表面豐富含氧羥基、羧基可以充分富集鈾酰離子，且羧基拉曼峰(1400cm^-1,1600cm^-1)羥基拉曼峰(3400cm^-1)不會對鈾酰離子拉曼信號(871cm^-1)產生影響；②銀納米顆粒具有較好的粒徑分布、均勻性和產生巨大的局域電磁場提供信號增強；③石墨烯可以將銀納米顆粒固定在其表面，進而提高基底的“熱點”密度，有利于獲得更低濃度的SERS信號，但目前存在吸附性能差，檢測限偏高的問題。究其原因，我們認為石墨烯片層存在容易發生團聚的弊端，這會導致其比表面積減少，降低吸附性能和檢測性能，因此將石墨烯片層三維化制備成氣凝膠結構，是解決前面問題的關鍵，此外二氧化鈦作為優異的半導體材料可以提高鈾酰離子的有效極化率進一步提高SERS基底性能，所以石墨烯氣凝膠負載銀納米粒子和二氧化鈦是石墨烯復合材料作為SERS基底未來發展的必然趨勢。

發明內容

本發明的目的是為了改進現有技術的不足而提供了一種銀-二氧化鈦-石墨烯復合氣凝膠的制備方法。提出的銀-二氧化鈦-石墨烯復合氣凝膠借助氣凝膠獨特的孔隙結構，不僅有效緩解了石墨烯片層的聚集傾向，而且增強了SERS基體對鈾酰離子的吸附能力，此外二氧化鈦的復合，可以提高鈾酰離子的有效極化率，提高拉曼信號強度，這種基底設計思路為選擇性提高檢測鈾酰離子的靈敏度提供了一種新的途徑。

本發明的技術方案為：一種銀-二氧化鈦-石墨烯復合氣凝膠的制備方法，其具體步驟如下：

(1)稱取鈦源加入醇溶液中，攪拌后倒入模具中，靜置凝膠，得到二氧化鈦濕凝膠；

(2)將步驟(1)中得到的二氧化鈦濕凝膠放入容器中，倒入老化液，老化3～5天，將老化好的濕凝膠放入超臨界干燥裝置中進行干燥，干燥溫度為260～280℃，壓力為8～10MPa，恒溫恒壓狀態下維持4～6h，即得到二氧化鈦氣凝膠；

(3)將步驟(2)中得到的的二氧化鈦氣凝膠、銀源和氧化石墨烯溶液混合，避光超聲分散，然后裝入水熱反應釜內升溫反應，得到銀-二氧化鈦-石墨烯復合濕凝膠；

(4)將步驟(3)中得到的銀-二氧化鈦-石墨烯復合濕凝膠放入容器中，靜置凝膠完全后倒入老化液，老化3～5天；

(5)將步驟(4)中老化好的濕凝膠放入冷凍干燥設備中進行干燥，設備內要求真空環境，干燥溫度為-50～-60℃，恒溫恒壓狀態下維持36～72h，待冷凍干燥機溫度升至室溫后即得到銀-二氧化鈦-石墨烯復合氣凝膠。