氮气氛中600°C煅烧2小时即得石墨烯/石墨烯量子点/锌铁复合氧化物纳米材料。经热重测试石墨烯:石墨烯量子点:金属氧化物的质量比为2:2:100,经扫描电镜观测金属复合氧化物纳米粒子的平均粒径为50nm。
[0041]实施例4
[0042]将硝酸锂，硝酸亚铁按摩尔比1:1混合溶解于无水乙醇中(溶液I)，其中可溶性金属盐的总浓度为0.5mol/L ;以乙醇为溶剂配制氧化石墨烯量子点、氧化石墨烯以及磷酸的分散液，其中氧化石墨稀量子点(平均当量直径30nm)的浓度为5mg/mL，氧化石墨稀(平均当量直径5um)的浓度为5mg/mL，磷酸的浓度为0.5mol/L(溶液2)，经混合超声分散均匀。将溶液I和溶液2按金属盐离子和磷酸的摩尔比为1:2的比例混合后室温下搅拌反应3h，然后置于烘箱中80°C干燥15h，经破碎、洗涤、再次于烘箱中100°C干燥4h。最后在氮气保护下300°C煅烧3h，600°C煅烧5h，即得石墨烯/石墨烯量子点/磷酸铁锂复合材料，经热重测试石墨烯:石墨烯量子点:磷酸铁锂=3:3:100，经扫描电镜观测磷酸铁锂的平均当量直径为40nm。
[0043]实施例5
[0044]将硝酸锂，硫酸钴按摩尔比2:1混合溶解于无水乙醇中(溶液I)，其中可溶性金属盐的总浓度为lmol/L ;以乙醇为溶剂配制氧化石墨烯量子点、氧化石墨烯以及磷酸的分散液，其中氧化石墨稀量子点(平均当量直径50nm)的浓度为7mg/mL的，氧化石墨稀(平均当量直径1um)的浓度为7mg/mL，磷酸的浓度为lmol/L(溶液2)经混合超声分散均匀，将溶液I和溶液2按金属盐离子和磷酸的摩尔比为1:3的比例混合后室温下搅拌反应3h，然后置于烘箱中80°C干燥15h，经破碎、洗涤、再次于烘箱中100°C干燥4h。最后在氮气保护下350°C煅烧3h，600°C煅烧5h，即得石墨烯/石墨烯量子点/磷酸钴锂复合材料，经热重测试石墨烯:石墨烯量子点:磷酸钴锂=4:4:100，经扫描电镜观测磷酸铁锂的平均当量直径为50nm。
[0045]实施例6
[0046]将硝酸锂，硝酸镍按摩尔比1:1混合溶解于无水乙醇中(溶液I)，其中可溶性金属盐的总浓度为2mol/L ;以乙醇为溶剂配制氧化石墨烯量子点、氧化石墨烯以及磷酸的分散液，其中氧化石墨稀量子点(平均当量直径20nm)的浓度为lmg/mL的，氧化石墨稀(平均当量直径5um)的浓度为lmg/mL，磷酸的浓度为2mol/L(溶液2)经混合超声分散均匀，将溶液I和溶液2按金属盐离子和磷酸的摩尔比为1:3的比例混合后室温下搅拌反应3h，然后置于烘箱中80°C干燥15h，经破碎、洗涤、再次于烘箱中100°C干燥4h。最后在氮气保护下400°C煅烧3h，800°C煅烧5h，即得石墨烯/石墨烯量子点/磷酸镍锂复合材料，经热重测试石墨烯:石墨烯量子点:磷酸镍锂=0.1:0.1:100，经扫描电镜观测磷酸镍锂的平均当量直径为50nm。
[0047]对比实施例1 (相对于实施例3)
[0048]将硝酸铁、硝酸锌按摩尔比2:1溶解于乙醇中，金属盐的总浓度为0.5mol/L (溶液I)，配制浓度为0.5mol/L的氢氧化钠碱性溶液(溶液2)，将溶液I和溶液2按金属盐离子和碱的摩尔比为1:3混合，然后在600W下微波处理6min，分别用去离子水、无水乙醇洗涤，再经干燥研磨得到固体粉末。得到的固体粉末在氮气氛中600°C煅烧2h即得锌铁复合氧化物纳米材料。
[0049]对比实施例2 (相对于实施例3)
[0050]将硝酸铁、硝酸锌按摩尔比2:1溶解于乙醇中，金属盐的总浓度为0.5mol/L (溶液I),配制氧化石墨烯(平均当量直径5um)的氢氧化钠碱性分散液(溶液2)，其中氧化石墨稀的浓度均为5mg/mL,氢氧化钾的浓度为0.5mol/L。将溶液I和溶液2按金属盐离子和碱的摩尔比为1:3混合，然后在600W下微波处理6min，分别用去离子水、无水乙醇洗涤，再经干燥研磨得到固体粉末。得到的固体粉末在氮气氛中600°C煅烧2h即得石墨烯/锌铁复合氧化物纳米材料，经热重测试，石墨烯:金属氧化物的质量比为2:100。
[0051]对比实施例3 (相对于实施例4)
[0052]将硝酸锂，硝酸亚铁按摩尔比1:1混合溶解于无水乙醇中(溶液I)，其中可溶性金属盐的总浓度为0.5mol/L ;以乙醇为溶剂配制浓度为0.5mol/L的磷酸溶液(溶液2)，将溶液I和溶液2按金属盐离子和磷酸的摩尔比为I '2的比例混合后室温下搅拌反应3h，然后置于烘箱中80°C干燥15h，经破碎、洗涤、再次于烘箱中100°C干燥4h。最后在氮气保护下300°C煅烧3h，600°C煅烧5h，即得磷酸铁锂。
[0053]对比实施例4 (相对于实施例4)
[0054]将硝酸锂，硝酸亚铁按摩尔比1:1混合溶解于无水乙醇中(溶液I)，其中可溶性金属盐的总浓度为0.5mol/L;以乙醇为溶剂配制氧化石墨烯以及磷酸的分散液，其中氧化石墨稀(平均当量直径5um)的浓度为5mg/mL，磷酸的浓度为0.5mol/L(溶液2)经混合超声分散均匀，将溶液I和溶液2按金属盐离子和磷酸的摩尔比为1:2的比例混合后室温下搅拌反应3h，经破碎、洗涤、再次于烘箱中100°C干燥4h。然后置于烘箱中80°C干燥15h，最后在氮气保护下300°C煅烧3h，600°C煅烧5h，即得石墨烯/磷酸铁锂复合材料，经热重测试石墨烯:磷酸铁锂=3:100。
【主权项】
1.一种石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物纳米复合材料，其特征是:以石墨烯为基底，金属氧化物纳米颗粒生长在所述石墨烯基底表面，石墨烯量子点作为导电隔板组装在所述金属氧化物纳米颗粒之间。
2.根据权利要求1所述的石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物纳米复合材料，其特征是:石墨稀:石墨稀量子点:金属氧化物的质量比为0.0l?30:0.01?30:100。
3.根据权利要求2所述的石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物纳米复合材料，其特征是:石墨稀的当量直径大小为0.5?50um，石墨稀量子点的当量直径为I?lOOnm，金属氧化物纳米颗粒的当量直径为I?200nm。
4.根据权利要求3所述的石墨稀与石墨稀量子点和金属氧化物纳米复合材料，其特征是:所述金属氧化物为金属L1、Fe、Mn、Zn、Cu、N1、Co、Mg、Ca、Ce、La中的任意一种或者两种以上氧化物的复合。
5.一种石墨稀与石墨稀量子点和金属磷酸盐纳米复合材料，其特征是:以石墨稀为基底，金属磷酸盐纳米颗粒生长在所述石墨烯基底表面，石墨烯量子点作为导电隔板组装在所述金属磷酸盐纳米颗粒之间。
6.根据权利要求5所述的石墨烯与石墨烯量子点和金属磷酸盐纳米复合材料，其特征是:石墨稀:石墨稀量子点:金属磷酸盐的质量比为0.01?30:0.01?30:100。
7.根据权利要求6所述的石墨烯与石墨烯量子点和金属磷酸盐纳米复合材料，其特征是:石墨稀的当量直径大小为0.5?50um，石墨稀量子点的当量直径为I?lOOnm，金属磷酸盐纳米颗粒的当量直径为I?200nm。
8.根据权利要求7所述的石墨烯与石墨烯量子点和磷酸盐纳米复合材料，其特征是:所述金属磷酸盐为金属Li与Fe、Mn、Zn、Cu、N1、Co、Mg、Ca、Ce、La中的任意一种或者两种以上磷酸盐的复合。
9.一种权利要求1所述的石墨稀与石墨稀量子点和金属氧化物纳米复合材料的制备方法，其特征是: (1)将L1、Fe、Mn、Zn、Cu、N1、Co、Mg、Ca、Ce、La中的任意一种或者两种以上的可溶性的硝酸盐、硫酸盐或者氯化物溶解在乙醇中，使可溶性金属盐的浓度为0.05?lmol/L ; (2)配制氧化石墨烯量子点、氧化石墨烯的碱性分散液，其中氧化石墨烯量子点的浓度为0.01?10mg/mL，氧化石墨稀的浓度为0.01?10mg/mL，碱的浓度为0.1?2mol/L ； (3)将步骤⑴和步骤⑵所配制的溶液按照金属盐离子与碱的摩尔比1:1?4的比例混合均匀； (4)将步骤(3)的混合溶液在600W功率下微波处理3?20min，所得到的沉淀物过滤、洗涤、干燥得到固体粉末； (5)将步骤(4)得到的固体粉末在氮气氛中300?700°C煅烧I?5小时，获得石墨烯/石墨烯量子点/纳米金属氧化物复合材料。
10.一种权利要求5所述的石墨稀与石墨稀量子点和金属磷酸盐纳米复合材料的制备方法，其特征是: (I)将Li的可溶性盐与Fe、Mn、Zn、Cu、N1、Co、Mg、Ca、Ce、La中的任意一种或者两种以上可溶性盐溶解在乙醇中，使可溶性盐的浓度为0.05?2mol/L，所述可溶性盐为硝酸盐、硫酸盐或者氯化物； (2)配制氧化石墨烯量子点、氧化石墨烯的磷酸分散液，其中氧化石墨烯量子点的浓度为0.0l?10mg/mL，氧化石墨稀的浓度为0.01?10mg/mL，磷酸的浓度为0.1?2mol/L，溶剂为无水乙醇； (3)将步骤(I)和步骤(2)所配制的溶液按照金属盐离子与磷酸的摩尔比1:2?6的比例混合均匀，室温下搅拌反应I?5h，然后80?100°C干燥10?20h，经破碎、洗涤、再次于100°C干燥4h得到固体粉末； (4)将步骤(3)制得的固体粉末在氮气保护下300?400°C煅烧3?5h，然后再在600?800°C下煅烧5?15h，得到石墨烯与石墨烯量子点和磷酸盐纳米复合材料。
【专利摘要】本发明提供的是一种石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物或磷酸盐纳米复合材料及制备方法。以石墨烯为基底，金属氧化物颗粒或者金属磷酸盐纳米颗粒生长在石墨烯基底表面，石墨烯量子点作为导电隔板组装在金属氧化物颗粒或者磷酸盐纳米颗粒之间。由于金属氧化物或者磷酸盐纳米颗粒之间由石墨烯量子点导电隔板紧密连接，使得复合材料具有三维整体的、贯通的电子和光子传导通道，电子或光子传导速率更快，同时这种分级结构赋予材料内部贯通的传质通道，因此无论作为电极材料、光电材料还是光催化材料都具有更优异的性能。制备工艺简单、成本低、可大规模生产，在光催化、电极材料、制氢以及太阳能电池等领域将具有广泛的应用前景。
【IPC分类】C01B13-14, C01B31-04, B82Y30-00
【公开号】CN104591167
【申请号】CN201510016591
【发明人】范壮军, 杨德仁, 魏彤
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月13日