一种纳米复合材料及其制备方法与流程

文档序号：12635026阅读：388来源：国知局

本发明涉及石墨烯领域，具体而言，涉及一种纳米复合材料及其制备方法。

背景技术：

石墨烯虽然只有单原子层厚度，但作为保留了良好晶体结构的碳材料，具有独特的2维(2D)结构、优异的机械性能、卓越的电化学性能和大的比表面积，其在光、电、磁等方面均有广泛的应用。

用化学元素掺杂石墨烯可以调节石墨烯的能带结构、改变其电化学性质、调整其表面化学性质和改变石墨烯的带隙宽度。在众多的掺杂原子中，氮原子具有理想的原子大小并含有5个共价键可以和碳形成强共价键，是非常优秀的化学掺杂元素，然而目前存在的问题是，掺氮石墨烯制备方法中，如氮等离子体处理法、化学气相沉积法(CVD)、电焦耳热法、和热退火法等现有的制备方法均有过于复杂，成本高，难以大规模生产应用的缺点，而且所制备出的纳米复合材料在电化学性能方面表现也十分的不理想。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种纳米复合材料，其具有优良的电化学性能。

本发明的另一目的在于提供一种纳米复合材料的制备方法，其制备工艺简单，成本低，有利于其在工业中的推广应用。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。

本发明提出一种纳米复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

将硝酸银溶液和氧化石墨烯水溶液混合后，再与氯金酸溶液和碳酸氨混合并反应。

本发明提出一种纳米复合材料，其是通过上述的纳米复合材料的制备方法制得。

本发明实施例的纳米复合材料及其制备方法的有益效果是：通过利用银离子与氧化石墨烯中含氧官能团的相互作用，在不使用任何还原剂的条件下，将硝酸银负载到氧化石墨烯上，制备了氧化石墨烯-银纳米复合材料，进而在氧化石墨烯-银纳米复合材料的基础上，通过与氯金酸溶液和碳酸氨混合并反应制得了具有优良电化学性能的掺氮还原石墨烯-银金双金属纳米复合材料；另外，制备该纳米复合材料所采用的制备方法表现出了制备工艺简单，成本低的优点，这有利于其在工业中的推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明试验例中NG-AgAu纳米复合材料的XPS图；

图2为本发明试验例中GO(A)、GO-Ag(B)、NG-AgAu(C)纳米复合材料的TEM图和NG-AgAu(D)纳米复合材料的HRTEM图；

图3为本发明试验例中不同材料作为修饰电极在0.1mol/L，pH为7.4的Tris-HCl中的CV图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的纳米复合材料及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将硝酸银溶液和氧化石墨烯水溶液混合后，再与氯金酸溶液和碳酸氨混合并反应。

进一步地，在进行硝酸银溶液和氧化石墨烯水溶液进行混合的过程中，需要对硝酸银溶液和氧化石墨烯水溶液的浓度进行控制，以期能够让硝酸银溶液中的银离子很好的负载在氧化石墨烯的表面，因此，本发明实施例中氧化石墨烯水溶液的质量浓度控制在0.8-1.2g/L，优选地为1.0g/L；硝酸银溶液的摩尔质量浓度控制在0.08-0.12mol/L，优选地为0.1mol/L。需要说明的是，硝酸银溶液和氧化石墨烯水溶液的质量浓度直接决定了反应所得的氧化石墨烯-银纳米复合材料的质量，质量浓度过大或过小均不利于其反应的进行，硝酸银溶液的质量浓度太小会影响银离子在氧化石墨烯表面的负载量，质量浓度太大又会影响后续氧化石墨烯-银纳米复合材料与氯金酸溶液和碳酸氨的反应；氧化石墨烯溶液的质量浓度太小，就不能给银离子提供足够量的负载载体，质量浓度太大又会使银离子的负载比例降低，也不利于其两者之间的反应。因此，在本发明实施例中，控制氧化石墨烯水溶液的质量浓度为0.8-1.2g/L，优选地为1.0g/L，硝酸银溶液的摩尔质量浓度为0.08-0.12mol/L，优选地为0.1mol/L，可以使得反应所得的氧化石墨烯-银纳米复合材料的银离子负载量达到预期的效果，在不影响反应进行的基础上，为后续的反应提供了一个质量稳定的氧化石墨烯-银纳米复合材料。

进一步地，在进行硝酸银溶液和氧化石墨烯水溶液进行混合的过程中，银离子与氧化石墨烯中含氧官能团的相互作用，没有使用任何的还原剂，而仅仅使用超声加热的方法使其混合反应，便可将银离子负载在了氧化石墨烯的表面，从而制备了氧化石墨烯-银纳米复合材料。需要说明的是，为了使得银离子与氧化石墨烯中含氧官能团充分的反应，本发明实施例对超声加热的各项参数进行了限制，其中，超声加热温度控制在49-51℃，超声加热时间控制在1-1.5h，优选地，超声加热温度为50℃，超声加热时间为1h，需要强调的是，采用优选地超声加热参数不但可以使硝酸银溶液和氧化石墨烯水溶液得混合反应更加充分，而且还可以降低超声加热时间，故这不但保证了实验质量，也提高了实验效率。

进一步地，为了保证最终所得纳米复合材料的质量，本发明实施例对整个实验过程中的四种物质的质量比进行一定比例的限制，具体地，硝酸银溶液中的硝酸银、氧化石墨烯水溶液中的氧化石墨烯、氯金酸溶液中的氯金酸和碳酸氨的质量比为1.6-1.8：0.8-1.2：4.8-5.2：490-510，优选地质量比为1.78：1.0：5.0：500。需要说明的是，硝酸银、氧化石墨烯、氯金酸和碳素氨这四种物质是整个反应过程中重要的原料，其比例关系对所得纳米复合材料的质量起着决定性的作用，因此必须进行严格的控制，才能保证实验的成功。

进一步地，为了使硝酸银溶液和氧化石墨烯水溶液混合后，依然有一个良好的溶液空间供氯金酸溶液和碳酸氨混合反应，本发明实施例优选地，先添加氯金酸溶液，后添加碳酸氨，另外，进一步优选地，氯金酸溶液中的氯金酸质量百分比只控制在0.8％-1.2％，这样可以更加充分的为反应的进行提供一个稳定的溶液反应空间。

需要说明的是，加入氯金酸溶液和碳酸氨后所进行的反应是在水热反应条件下发生的，水热反应的温度为128-132℃，水热反应的时间为10-10.5h，优选地，水热反应的温度为130℃，水热反应的时间为10h。需要强调的是，水热反应过程中水热反应条件必须对空气隔绝，并严格控制反应温度和反应时间，因此，可以使用高压反应釜作为水热反应的实验设备。

进一步地，水热反应结束后，还需要对水热反应所得产物依次进行洗涤、沉淀和干燥，即可得到纳米复合材料粉体。需要说明的是，为了保证洗涤最佳效果，洗涤过程采用超纯水进行多次离心洗涤，直至上层清液的pH为7左右为止；另外，进行干燥时采用真空干燥，其真空干燥温度为58-62℃，干燥时间为11-13h，优选地，真空干燥温度为60℃，干燥时间为12h，需要强调的是，采用真空干燥方式，并控制器真空干燥的参数主要是为了纳米复合材料粉体不被氧化污染，从而维持纳米复合材料的质量稳定性。

本发明还提供了一种纳米复合材料，其是通过上述的纳米复合材料的制备方法制得，具体地该纳米复合材料为掺氮还原石墨烯-银金双金属纳米复合材料，该纳米复合材料具有良好的电化学性能。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种纳米复合材料的制备方法，其制备过程如下：

首先，将5mg的氧化石墨烯分散到5mL超纯水中，得到氧化石墨烯水溶液。然后，向得到的氧化石墨烯水溶液中加入0.1mol/L的硝酸银溶液100μL，并进行50℃的超声加热1h。之后，加入质量分数为1％的氯金酸溶液500μL，再之后，加入500mg碳素氨搅拌使其溶解，继而将混合液移入高压反应釜中130℃反应10h。最后用超纯水离心洗涤多次，直至上层清夜的pH为7左右后，将得到的沉淀置于真空干燥箱中，并在60℃下真空干燥12h。