專利名稱：液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是一種由Sp2雜化的碳原子以六邊形排列形成的周期性蜂窩狀二維碳質(zhì)新材料，其厚度只有0.335nm，自發(fā)現(xiàn)以來備受矚目。石墨烯由于具有獨特的熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)和生物相容等特性，在電子輸運器件、電極電容器件、傳感器以及復(fù)合材料等領(lǐng)域的發(fā)明內(nèi)容中均有巨大的應(yīng)用前景。室溫下石墨烯的載流子遷移率是普通硅片的十倍，受溫度和摻雜效應(yīng)的影響很小，表現(xiàn)出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性。這是石墨烯作為納米電子器件最突出的優(yōu)勢。石墨烯本身具有較高的比表面積，同時如果金屬顆粒同樣具有較高的分散性，就使得這種復(fù)合材料有很高的導(dǎo)電性，可以應(yīng)用到納米電子儀器中，燃料電池和磁性記錄等方面，而便捷、低成本的金屬/石墨烯復(fù)合材料制備方法成為科研工作的追求。目前制備石墨烯的方法有很多，如機械剝離法、化學(xué)氣相沉積法、氧化還原法等， 其中機械剝離法制備的石墨烯通常晶體質(zhì)量非常好，但尺寸太小且產(chǎn)量低；氣相沉積法可以滿足規(guī)模化制備高質(zhì)量石墨烯的要求，但成本太高、工藝復(fù)雜，這些都限制了材料的商業(yè)化發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的石墨烯制備方法復(fù)雜，成本高的問題，提供液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法。本發(fā)明液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，按以下步驟進行一、 取石墨，加入質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸，在0 4°C下攪拌30 50min，得混合物A ;二、在 0 4°C條件下向混合物A中加入高錳酸鉀，攪拌2 3h，得混合物B ;三、將混合物B放入 33 36°C水浴10 12h，再加入蒸餾水稀釋，混合物B與蒸餾水的體積比為I : 5 7，然后加入質(zhì)量濃度30%的過氧化氫溶液和質(zhì)量濃度5%的稀鹽酸，冷卻到室溫后抽濾，得固體，再向固體中加入蒸餾水至固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% I. 0%，然后放入半透膜中滲析處理直至中性，獲得溶膠；四、向溶膠中加入蒸餾水稀釋至溶膠濃度為0. 01g/mL,向稀釋后的溶膠中加入0. lmol/L的CuSO4 *5H20溶液，超聲混合30 60min，然后依次加入質(zhì)量濃度80% 的水合肼溶液和0. 5mol/L的NaOH溶液，之后以300r/min攪拌I 2h，然后離心獲得產(chǎn)物， 將產(chǎn)物用蒸餾水洗滌后于40 50°C真空干燥24h，即得到石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料；其中步驟一中石墨與濃硫酸的比為Ig 40 45mL ;石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為I : 8 9; 步驟三中混合物B與過氧化氫溶液的體積比為2. 5 3 I，混合物B與稀鹽酸的體積比為 2. 5 3 I ;步驟四中稀釋后的溶膠與CuSO4 *5H20溶液的體積比為2 1，稀釋后的溶膠與NaOH溶液的體積比為2 1，稀釋后的溶膠與水合肼溶液的體積比為10 11 I。本發(fā)明的優(yōu)點I、本發(fā)明使用氧化法制備氧化石墨烯，再將石墨烯和銅離子混合同時被還原得到
3納米銅粉石墨烯復(fù)合材料，方法簡單、快捷，不用添加任何表面修飾劑，石墨烯表面金屬粒子分布均勻、化學(xué)性能穩(wěn)定。2、本發(fā)明方法的成本低，所用原料為天然鱗片狀石墨，價格低廉。3、本發(fā)明中以水合肼為還原劑，水合肼在反應(yīng)過程中產(chǎn)生氮氣能有效阻止納米銅的氧化，同時產(chǎn)生的水對反應(yīng)沒有影響；4、氧化處理過的石墨烯在反應(yīng)中既是修飾劑同時也是模板；石墨烯薄膜表面上的含氧基團提供了大量連接金屬銅的結(jié)合點，同時，其有效的將銅納米粒子的尺寸控制在 50nm左右，能均勻的分布石墨烯表面；石墨烯與金屬銅間為化學(xué)鍵連接，化學(xué)性能穩(wěn)定。


圖I為具體實施方式
八制備的石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的掃描電鏡照片。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，按以下步驟進行一、取石墨，加入質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸，在0 4°C下攪拌30 50min,得混合物A ;二、在0 4°C條件下向混合物A中加入高錳酸鉀，攪拌2 3h，得混合物B ;三、將混合物B放入33 36°C水浴10 12h，再加入蒸餾水稀釋，混合物B與蒸餾水的體積比為I : 5 7，然后加入質(zhì)量濃度30%的過氧化氫溶液和質(zhì)量濃度5%的稀鹽酸， 冷卻到室溫后抽濾，得固體，再向固體中加入蒸餾水至固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7% 1.0%，然后放入半透膜中滲析處理直至中性，獲得溶膠；四、向溶膠中加入蒸餾水稀釋至溶膠濃度為
0.01g/mL,向稀釋后的溶膠中加入0. lmol/L的CuSO4 5H20溶液，超聲混合30 60min，然后依次加入質(zhì)量濃度80 %的水合肼溶液和0. 5mol/L的NaOH溶液，之后以300r/min攪拌 I 2h，然后離心獲得產(chǎn)物，將產(chǎn)物用蒸餾水洗滌后于40 50°C真空干燥24h，即得到石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料；其中步驟一中石墨與濃硫酸的比為Ig : 40 45mL ;石墨與高猛酸鉀的質(zhì)量比為I : 8 9 ;步驟三中混合物B與過氧化氫溶液的體積比為2. 5 3 1， 混合物B與稀鹽酸的體積比為2. 5 3 I ;步驟四中稀釋后的溶膠與CuSO4 5H20溶液的體積比為2 I，稀釋后的溶膠與NaOH溶液的體積比為2 I，稀釋后的溶膠與水合肼溶液的體積比為10 11 I。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中所述石墨為天然鱗片狀石墨。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一中石墨與濃硫酸的比為Ig 42 43mL。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟三中將混合物B放入34°C水浴llh。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟三中混合物B與蒸餾水的體積比為I : 6。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟三中向固體中加入蒸餾水至固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 8% 0. 9%。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟四中稀釋后的溶膠與水合肼溶液的體積比為10 I。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，按以下步驟進行一、取I. 2g天然鱗片狀石墨，加入50mL質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸，在 00C下攪拌30min，得混合物A ;二、在(TC條件下向混合物A中加入IOg高錳酸鉀，攪拌2h，得混合物B ;三、將混合物B放入35°C水浴10h，再加入300mL蒸餾水稀釋，然后加入20mL質(zhì)量濃度30%的過氧化氫溶液和20mL質(zhì)量濃度5%的稀鹽酸，冷卻到室溫后抽濾，得固體，再向固體中加入200mL蒸餾水溶解，然后放入半透膜中滲析處理直至中性，獲得溶膠；四、向溶膠中加入蒸餾水稀釋至溶膠濃度為0. 01g/mL,向IOOmL稀釋后的溶膠中加入50mL 0. Imol/ L的CuSO4 5H20溶液，超聲混合30min，然后依次加入IOg質(zhì)量濃度80%的水合肼溶液和 50mL 0. 5mol/L的NaOH溶液，之后以300r/min攪拌lh，然后離心獲得產(chǎn)物，將產(chǎn)物用蒸餾水洗滌后于40°C真空干燥24h，即得到石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料。本實施方式制備的石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的掃描電鏡照片如圖I所示。本實施方式方法簡單、快捷，不用添加任何表面修飾劑，石墨烯表面金屬粒子分布均勻、化學(xué)性能穩(wěn)定。銅納米粒子的尺寸控制在50nm左右，能均勻的分布石墨烯表面。
權(quán)利要求
1.液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，其特征在于液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，按以下步驟進行一、取石墨，加入質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸，在O 4°C下攪拌30 50min,得混合物A ;二、在O 4°C條件下向混合物A中加入高錳酸鉀，攪拌2 3h，得混合物B ;三、將混合物B放入33 36°C水浴10 12h，再加入蒸餾水稀釋，混合物B與蒸餾水的體積比為I : 5 7，然后加入質(zhì)量濃度30%的過氧化氫溶液和質(zhì)量濃度5%的稀鹽酸，冷卻到室溫后抽濾，得固體，再向固體中加入蒸餾水至固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 7% 1.0%，然后放入半透膜中滲析處理直至中性，獲得溶膠；四、向溶膠中加入蒸餾水稀釋至溶膠濃度為O. 01g/mL,向稀釋后的溶膠中加入O. lmol/L的CuSO4 · 5H20 溶液，超聲混合30 60min，然后依次加入質(zhì)量濃度80%的水合肼溶液和O. 5mol/L的NaOH 溶液，之后以300r/min攪拌I 2h，然后離心獲得產(chǎn)物，將產(chǎn)物用蒸餾水洗滌后于40 50°C真空干燥24h，即得到石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料；其中步驟一中石墨與濃硫酸的比為Ig : 40 45mL ;石墨與高錳酸鉀的質(zhì)量比為I : 8 9 ;步驟三中混合物B與過氧化氫溶液的體積比為2. 5 3 1，混合物B與稀鹽酸的體積比為2. 5 3 I ;步驟四中稀釋后的溶膠與CuSO4 · 5H20溶液的體積比為2 1，稀釋后的溶膠與NaOH溶液的體積比為 2 1，稀釋后的溶膠與水合肼溶液的體積比為10 11 I。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，其特征在于步驟一中所述石墨為天然鱗片狀石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，其特征在于步驟一中石墨與濃硫酸的比為Ig : 42 43mL。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，其特征在于步驟三中將混合物B放入34°C水浴llh。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，其特征在于步驟三中混合物B與蒸餾水的體積比為I : 6。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，其特征在于步驟三中向固體中加入蒸餾水至固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 8% O. 9%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，其特征在于步驟四中稀釋后的溶膠與水合肼溶液的體積比為10 I。
全文摘要
液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法，涉及一種利用液相還原法制備石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料的方法。是要解決現(xiàn)有的石墨烯制備方法復(fù)雜，成本高的問題。方法取石墨，加入濃硫酸攪拌，得混合物A；加高錳酸鉀，水浴，加入蒸餾水稀釋，然后加入過氧化氫溶液和稀鹽酸，冷卻到室溫后抽濾，得固體，向固體中加蒸餾水，放入半透膜中滲析處理直至中性，得溶膠；向溶膠中加蒸餾水，再加入CuSO4·5H2O溶液，超聲混合，再依次加入水合肼溶液和NaOH溶液，攪拌，離心得產(chǎn)物，洗滌，干燥，即得到石墨烯負(fù)載納米銅粉體材料。本發(fā)明方法簡單，成本低，不用添加任何表面修飾劑，石墨烯表面金屬粒子分布均勻，化學(xué)性能穩(wěn)定。
文檔編號B82Y40/00GK102581295SQ20121000596
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者孫立國, 王玉鳳, 趙東宇, 郭巧鳳 申請人:黑龍江大學(xué)