專利名稱：一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法。
背景技術(shù)：
自從發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，由于其優(yōu)異的機(jī)械、電子和熱穩(wěn)定性能，石墨烯及其復(fù)合物在電子器件、電極、電池、電容器及傳感器方面應(yīng)用受到人們廣泛重視，成為當(dāng)前國際熱門研究領(lǐng)域。目前金屬-石墨烯復(fù)合物一股是通過化學(xué)或熱還原氧化石墨烯(或石墨烯)與金屬化合物的混合物而得到的。這些方法涉及到高毒性的化學(xué)還原劑如水合胼等，或要求高溫條件，且往往需要多步，比較耗時；另外，復(fù)合物中石墨烯與金屬顆粒均可能發(fā)生聚集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于通過一步電化學(xué)還原氧化石墨烯和金屬化合物，電化學(xué)還原產(chǎn)生的石墨烯與金屬納米粒子沉積在電極表面形成復(fù)合薄膜。一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法，將導(dǎo)電基底作為工作電極，將工作電極、對電極和參比電極置入含有氧化石墨烯和金屬化合物的水分散液中，將氧化石墨烯和金屬化合物還原并電沉積至工作電極表面。所述的電沉積的方式包括循環(huán)伏安方式、恒電位方式、脈沖電流方式或脈沖電壓方式。將氧化石墨烯和金屬化合物還原并電沉積至工作電極表面的步驟包括先將電沉積過程中的掃描電位達(dá)到金屬化合物中正價金屬的還原電位，在工作電極表面先單獨(dú)沉積金屬納米粒子，然后將掃描電位達(dá)到氧化石墨烯的還原電位，石墨烯和金屬粒子同時被沉積到工作電極表面；接著循環(huán)上述電沉積掃描電位操作。金屬化合物中的金屬包括Pt、Pd、Au、或Ag。金屬化合物可以是HAuC14、NH4AuCl4, HPtCl4, (NH4)2PtCl6, HPdCl4, H2PdCl4, (NH4) 2PdCl4 或 Na3 [Ag (S2O3) 2]。對電極選自Pt，Pd等惰性金屬。參比電極選自SCE、Ag/AgCl等標(biāo)準(zhǔn)電極。本發(fā)明具體過程如下將導(dǎo)電基底作為工作電極，將工作電極、對電極和參比電極置入含有氧化石墨烯和金屬化合物的水分散液中。在電沉積過程中的先將掃描電位達(dá)到金屬化合物的正價金屬的還原電位，在電極表面先單獨(dú)沉積金屬納米粒子，然后掃描電位達(dá)到氧化石墨烯的還原電位(此電位也滿足正價金屬的還原)，石墨烯和金屬粒子同時被沉積到電極表面；接著循環(huán)上述電沉積掃描電位操作。即掃描電位循環(huán)到單獨(dú)沉積金屬納米粒子的電位，又開始單獨(dú)沉積金屬納米粒子，再循環(huán)到石墨烯和金屬粒子共沉積電位，根據(jù)沉積層數(shù)要求確定循環(huán)數(shù)。本方法具有操作簡單、綠色、快速等特點(diǎn)，該方法得到的復(fù)合材料中金屬顆粒均勻分布在石墨烯片層之間，防止了石墨烯的聚集，且由于石墨烯上殘余的很難被徹底還原含
3氧基團(tuán)，可與金屬納米粒子相互作用也防止了金屬納米粒子的團(tuán)聚。通過本發(fā)明的方法制備得到復(fù)合薄膜可廣泛用于傳感器、晶體管、透明電極、電容器、催化劑及復(fù)合材料等領(lǐng)域。


圖1.實(shí)施例1沉積在玻碳電極表面的金-石墨烯復(fù)合物的掃描電子顯微鏡圖。圖2.實(shí)施例2沉積在玻碳電極表面的鉬-石墨烯復(fù)合物的掃描電子顯微鏡圖。圖3.實(shí)施例3沉積在金電極表面的鉬-石墨烯復(fù)合物掃描電鏡圖。圖4.實(shí)施例4沉積在金電極表面的銀-石墨烯復(fù)合物掃描電鏡圖。圖5.實(shí)施例5沉積在銅鎢合金電極表面的金-石墨烯復(fù)合物掃描電鏡圖。圖6.實(shí)施例6沉積在玻碳電極表面的金-石墨烯復(fù)合物的掃描電子顯微鏡圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進(jìn)一步限定。實(shí)施例1 (1)工作電極將玻碳電極拋光、清洗干凈備用；(2)配制氧化石墨烯水分散液氧化石墨烯分散于電解質(zhì)HAuCl4的溶液中，超聲 30分鐘待用；(3)金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備以玻碳電極為工作電極，鉬電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，將以上三電極置于氧化石墨烯(濃度為1. OmgmL-1)和 HAuCl4 (濃度為100 μ M)的水分散液中，在電化學(xué)工作站上進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，掃描電位區(qū)間為-1. 5伏特至0. 6伏特，首先從0伏掃到-1. 5伏，然后從-1. 5伏掃至0. 6伏，再從0. 6 伏掃至0伏，完成一個循環(huán)，掃描速率為每秒25毫伏。圖1為沉積在玻碳電極表面的金-石墨烯復(fù)合物的掃描電子顯微鏡圖。實(shí)施例2 將實(shí)施例1中HAuCl4改為HPtCl4,其余同實(shí)施例1。圖2為沉積在玻碳電極表面的鉬-石墨烯薄膜掃描電鏡圖。實(shí)施例3將實(shí)施例1中玻碳電極改為金電極，HAuCl4改為HPtCl4,其余同實(shí)施例1。圖3為沉積在金電極表面的鉬-石墨烯薄膜掃描電鏡圖。實(shí)施例4將實(shí)施例3中HPtCl4改為Na3 [Ag(S2O3)2]，其余同實(shí)施例3。圖4為沉積在金電極表面的銀-石墨烯薄膜掃描電鏡圖。實(shí)施例5將實(shí)施例1中玻碳電極改為銅鎢合金電極，其余同實(shí)施例1。圖5為沉積在銅鎢合金電極表面的金-石墨烯薄膜掃描電鏡圖。實(shí)施例6將實(shí)施例1中循環(huán)伏安法改為脈沖電壓法，開態(tài)電壓為-1. 3伏特，開態(tài)時間為0. 5 秒，關(guān)態(tài)電壓為-0. 000001伏特，關(guān)態(tài)時間為1. 0秒。圖6為沉積在玻碳電極表面的金-石墨烯復(fù)合薄膜的掃描電子顯微鏡圖。
權(quán)利要求
1.一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法，其特征在于，將導(dǎo)電基底作為工作電極，將工作電極、對電極和參比電極置入含有氧化石墨烯和金屬化合物的水分散液中，將氧化石墨烯和金屬化合物還原并電沉積至工作電極表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法，其特征在于， 所述的電沉積的方式包括循環(huán)伏安方式、恒電位方式、脈沖電流方式或脈沖電壓方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法，其特征在于，將氧化石墨烯和金屬化合物還原并電沉積至工作電極表面的步驟包括先將電沉積過程中的掃描電位達(dá)到金屬化合物中正價金屬的還原電位，在工作電極表面先單獨(dú)沉積金屬納米粒子，然后將掃描電位達(dá)到氧化石墨烯的還原電位，石墨烯和金屬粒子同時被沉積到工作電極表面；接著循環(huán)上述電沉積掃描電位操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法，其特征在于，導(dǎo)電基底選自金電極、玻碳電極、鈦電極、銅電極、鉬電極、鎢電極、銅鎢合金電極、銀鎢合金電極、鑄鐵電極、鈰鎢電極、鑭鎢電極、釷鎢電極或鋯鎢電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法，其特征在于， 金屬化合物中的金屬包括Pt、Pd、Au、或Ag。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法，其特征在于， 所述水分散液的PH值為2. 6-9. 9。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法，其特征在于，金屬化合物是 HAuCl4, NH4AuCl4, HPtCl4, (NH4)2PtCl6, HPdCl4, H2PdCl4, (NH4)2PdCl4 或 Na3 [Ag (S2O3)2L
全文摘要
一種金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物的制備方法，本發(fā)明將導(dǎo)電基底作為工作電極，將工作電極、對電極和參比電極置入含有氧化石墨烯和金屬化合物的水分散液中，將氧化石墨烯和金屬化合物還原并電沉積至工作電極表面。該金屬納米粒子-石墨烯復(fù)合物可廣泛用于傳感器、透明電極、電容器、電池及催化等領(lǐng)域。
文檔編號C25B1/00GK102174702SQ201110004729
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者劉承斌, 唐艷紅, 王珂, 羅勝聯(lián) 申請人:湖南大學(xué)