本發(fā)明涉及一種基于石墨烯燃燒將金屬鹽快速、簡單、高效還原制備得到金屬單質或金屬氧化物納米材料的方法。

背景技術：

金屬或金屬氧化物納米材料在鋰電池、染料電池、光催化領域具有重要的作用。目前金屬納米材料的制備方法有：高溫熱分解法、金屬化合物還原法、等離子體激光還原法和光化學反應法等。然而這些方法均需要較高的溫度（大于1000 ℃），從而嚴重制約了這些方法在工業(yè)上的生產應用。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯燃燒快速還原制備金屬單質或金屬氧化物納米材料的方法。

本發(fā)明利用石墨烯作為還原劑，將金屬鹽與石墨烯的混合物在空氣中燃燒后即可得到金屬單質或金屬氧化物納米材料。對于活潑金屬鹽，該方法用于制備金屬氧化物的納米顆粒。本發(fā)明將石墨烯用于熱碳還原領域，巧妙地實現了金屬鹽的低溫還原制備過程，從而大幅度降低了金屬納米材料的制備成本，提高利用效率。

一種石墨烯燃燒快速還原制備金屬單質或金屬氧化物納米材料的方法，其特征在于具體步驟為：將金屬硝酸鹽加入氧化石墨烯水懸浮液中超聲4-30 min，然后用定量濾紙抽濾，在濾紙上得到金屬硝酸鹽與石墨烯的混合物，抽濾時不可用水洗滌；將混合物于35-55 ℃ 烘干后，于酒精燈上點燃，待黑色石墨烯完全燃燒后，即可得到纖維狀的金屬單質膜或顆粒狀的金屬氧化物納米材料。

所述金屬硝酸鹽與氧化石墨烯的質量比為1:4- 25:1。

所述氧化石墨烯水懸浮液的濃度為1-20 g/L。

所述金屬硝酸鹽為硝酸銀、硝酸銅、硝酸鋅、硝酸鉻或硝酸鎘。

本發(fā)明利用石墨烯作為熱碳還原劑，以濾紙為模板，實現了金屬銀納米膜的一步法快速制備，得到的金屬膜為纖維狀納米膜，其表面分布著大量納米級的孔洞，具有良好的導電性。該方法還可以用于銅納米膜的快速制備。對于較難還原的活潑金屬鹽，該方法可以制備相應的金屬氧化物納米顆粒，所得金屬氧化物顆粒約為20 nm，形狀規(guī)整，是潛在的贗電容材料。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1）該方法不需要隔絕氧氣或空氣，不需要高溫，因此反應過程簡便、經濟、快速。

2）該方法通過燃燒法制備金屬單質或金屬氧化物納米材料，燃燒的副產物為易處理的氣體（二氧化碳和二氧化氮），因此比較綠色環(huán)保。

3）該方法不需要復雜的反應過程和高級的反應容器，成本低，具有大規(guī)模應用的潛力。

附圖說明

圖1為金屬或金屬氧化物納米材料的制備路線圖。

圖2為所制備得到的銀納米纖維膜的表征圖，其中A為納米銀膜照片圖；B為納米銀膜掃描電鏡圖；C為納米銀膜的掃描電鏡高分辨圖；D為納米銀膜的XRD。

圖3為納米氧化鋅的表征圖，其中A為納米氧化鋅的掃描電鏡圖；B為納米氧化鋅的透射電鏡圖；C為納米氧化鋅的XRD。

具體實施方式

實施例1 石墨烯燃燒制備納米銀纖維膜納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置1 g/L的氧化石墨烯懸浮液2 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取50 mg硝酸銀，溶解于上述懸浮液中，超聲2 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于35 ℃烘干。

5.將帶有殘留物的濾紙點燃，燒結至白色銀膜出現。

實施例2 石墨烯燃燒制備納米銅纖維膜

操作步驟：

1.首先配置1 g/L的氧化石墨烯懸浮液2 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取50 mg硝酸銅，溶解于上述懸浮液中，超聲2 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于35 ℃烘干。

5.于酒精燈點燃，燒結至紅色銅膜出現。

實施例3 石墨烯燃燒制備氧化鉻納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置1 g/L的氧化石墨烯懸浮液2 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取50 mg硝酸鉻，溶解于上述懸浮液中，超聲4 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于35 ℃烘干。

5.于酒精燈點燃，燒結至灰色氧化鉻納米顆粒出現。

實施例4 石墨烯燃燒制備氧化鉻納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置2 g/L的氧化石墨烯懸浮液2 mL，常溫超聲5 min。

2.稱取50 mg硝酸鉻，溶解于上述懸浮液中，超聲5 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于35 ℃烘干。

5.于酒精燈點燃，燒結至灰色氧化鉻納米顆粒出現。

實施例5 石墨烯燃燒制備氧化鎘納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置10 g/L的氧化石墨烯懸浮液10 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取50 mg硝酸鎘，溶解于上述懸浮液中，超聲20 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于40 ℃烘干。

5.于酒精燈點燃，燒結至灰色氧化鎘納米顆粒出現。

實施例6 石墨烯燃燒制備納米銀纖維膜

操作步驟：

1.首先配置20 g/L的氧化石墨烯懸浮液20 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取100 mg硝酸銀，溶解于上述懸浮液中，超聲20 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于50 ℃烘干。

5.于酒精燈點燃，燒結至白色銀膜出現。

實施例7 石墨烯燃燒制備納米銀纖維膜

操作步驟：

1.首先配置20 g/L的氧化石墨烯懸浮液20 mL，常溫超聲20 min。

2.稱取200 mg硝酸銀，溶解于上述懸浮液中，超聲30 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于50 ℃烘干。

5.于酒精燈點燃，燒結至白色銀膜出現。

實施例8 石墨烯燃燒制備納米銀纖維膜

操作步驟：

1.首先配置10 g/L的氧化石墨烯懸浮液20 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取500 mg硝酸銀，溶解于上述懸浮液中，超聲30 min 。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于55 ℃烘干。

5.于酒精燈點燃，燒結至白色銀膜出現。

實施例9 石墨烯燃燒制備氧化鋅納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置10 g/L的氧化石墨烯懸浮液 20 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取200 mg硝酸鋅，溶解于上述懸浮液中，超聲20 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于55 ℃烘干。

5.于酒精燈點燃，燒結至灰色氧化鋅納米顆粒出現。

實施例10 石墨烯燃燒制備氧化鋅納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置20 g/L的氧化石墨烯懸浮液 20 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取500 mg硝酸鋅，溶解于上述懸浮液中，超聲20 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于55 ℃烘干。

5.于酒精燈點燃，燒結至灰色氧化鋅納米顆粒出現。

固定實施例1中的大部分實驗參數，以硝酸鹽的加入量為因變量，可以通過掃描電鏡（SEM）或透射電鏡（TEM）考察該方法制備的納米金屬單質和氧化物的表面形貌。其中制備的納米銀和氧化鋅納米顆粒的實驗結果表征如圖2-3所示。

表面形貌及晶體表征：對于納米銀纖維膜，需要利用掃描電鏡觀察形貌，所得SEM照片如圖2所示。由此結果可知，納米銀膜由一根根約3-5 μm的銀纖維交聯而成，高分辨電鏡照片可見，納米銀纖維表面比較粗糙，含有很多20-30 nm的納米孔。XRD儀器被用于銀膜組份表征，結果如圖2D所示。XRD表明，該膜幾乎完全由單質銀組成，因此成功制備了納米銀纖維膜。對于納米氧化鋅顆粒的表征，需要利用掃面電鏡和透射電鏡對其表面形貌進行表征，結果表明納米氧化鋅顆粒約50-60 nm，XRD表明該顆粒由純氧化鋅組成，因此成功制備了氧化鋅納米顆粒。