一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无机纳米复合材料合成技术领域，尤其设及一种负载金纳米粒子的石 墨締气凝胶及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 石墨締是由单层SP2杂化碳原子组成的呈六角型蜂巢晶格的二维平面薄膜，具有 极高的比表面积，优异的机械性能和良好的导电、导热性。近年来，石墨締引起了国内外科 研学者的广泛关注，在电子器件、生物材料、能量储存和催化等方向具有广阔的应用前景。 贵金属（Au、Ag、Pt和Pd等）纳米粒子是活性非常高的贵金属催化剂，其在催化氧化还原反 应和CO氧化方面同样具有广阔应用前景。
[0003] 目前，贵金属纳米粒子的制备方法主要有电化学还原法、福射还原法、微乳液法W 及声化学还原法等。其中化学还原法和微乳液法制备金属纳米粒子需要加入一些乳化剂或 稳定剂，运些试剂的加入会影响金属纳米粒子表面的活性进而影响其性能。近年来，大量研 究发现将金属纳米粒子与还原的氧化石墨締（rGO)复合不仅可W稳定和分散金属纳米粒 子，而且可W提高金属纳米粒子产生的电子的迁移能力，进而提升其催化氧化还原能力。
[0004] 石墨締上负载金属纳米粒子的方法主要有化学法和高能射线还原法。其中，化学 法是通过rGO本身具有的弱还原性将金属离子原位还原成金属纳米粒子且能稳定分散在 rGO表面；而高能射线（紫外光和丫射线等）还原法则是利用高能射线照射水溶液所产生 的还原性粒种同时还原氧化石墨締和金属离子，一步获得负载金属纳米粒子的rGO薄片。 但金属纳米粒子负载的rGO薄片通过-31共辆作用容易层层叠加，使得比表面积显著降 低，实际性能下降。 阳0化]近些年来，大量研究工作发现将石墨締片层组装成=维宏观材料能有效解决石墨 締片层的团聚问题。石墨締气凝胶是最具代表性的=维石墨締材料，其具有高比表面积、良 好的电子传导能力和机械稳定性，也可用作分散和稳定金属纳米粒子的载体。运种负载金 属纳米粒子的石墨締气凝胶不仅可W保持金属纳米粒子和石墨締气凝胶本身的性能，而且 通过两者的某些协同作用进一步提升金属纳米粒子的催化性能。
[0006] 负载金属纳米粒子的石墨締气凝胶的制备方法主要有水热一步法，即在高溫 下，葡萄糖等还原剂将溶解在GO分散液中金属离子还原，得到的负载金属纳米粒子的 石墨締水凝胶，再通过冷冻干燥即可得到其气凝胶化Wang,etal. ,Angew.化em.Int. Ed. 2010. 49. 4603.);也可W将预先制备的金属纳米粒子与GO水溶液混合后，再经过 水热处理和冻干，得到负载金属纳米粒子的石墨締气凝胶（S.S.Xie,etal.，Adv,Mat er. 2014, 26, 3681-3687.)。由于水热法是在高溫高压条件下进行，反应条件比较苛刻，因而 有必要开发条件溫和，绿色经济的负载金属纳米粒子的石墨締气凝胶的制备方法。
【发明内容】
[0007] 本发明解决的技术问题在于提供一种负载金纳米粒子的石墨締气凝胶的制备方 法，本申请的制备方法条件溫和。
[0008] 有鉴于此，本申请提供了一种负载金纳米粒子的石墨締气凝胶的制备方法，包括 W下步骤：
[0009] 将氧化石墨締、水、异丙醇与金源混合，得到分散液；
[0010] 将所述分散液进行福照，得到负载金纳米粒子的石墨締水凝胶；
[0011] 将所述石墨締水凝胶进行冷冻干燥，得到负载金纳米粒子的石墨締气凝胶。
[0012] 优选的，所述金源为HA11CI4。
[0013] 优选的，所述分散液的制备过程具体为：
[0014] 将氧化石墨締分散于水与异丙醇的混合液中，再加入金源，然后调节pH至3W下。
[0015] 优选的，所述福照的放射源为6°Co丫放射源。
[0016] 优选的，所述分散液中氧化石墨締的浓度为0. 1~5mg/mL。
[0017] 优选的，所述福照的剂量率为0. 2~7kGy/h，吸收剂量大于20kGy。
[0018] 优选的，所述异丙醇与水的体积比为1: (8~10)。
[0019] 优选的，所述福照之前还包括：
[0020] 在所述分散液中通入氮气。
[0021] 本申请还提供了上述方案所述的制备方法制备的负载金纳米粒子的石墨締气凝 胶。
[0022] 优选的，所述石墨締气凝胶的密度为3~10mg/cm3,金纳米粒子粒径为5~20nm。
[0023] 本发明提供了一种制备负载金纳米粒子的石墨締气凝胶的方法，包括W下步骤： 将氧化石墨締、水、异丙醇与金源混合，得到分散液；将所述分散液进行福照，得到负载金纳 米粒子的石墨締水凝胶；将所述石墨締水凝胶进行冷冻干燥，得到负载金纳米粒子的石墨 締气凝胶。本申请的制备方法是利用高能射线在室溫下福照含有金纳米粒子前驱体的GO 水-异丙醇分散液，一步得到了负载金纳米粒子的石墨締水凝胶，然后经冷冻干燥除水即 形成负载金纳米粒子的石墨締气凝胶。本发明的制备方法具有条件溫和，易于操作，且环境 友好的特点。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨締水凝胶外观照片；
[00巧]图2为本发明实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨締气凝胶的外观照片；
[0026] 图3为本发明实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨締气凝胶的低倍SEM照片；
[0027] 图4为本发明实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨締气凝胶的高倍SEM照片；
[0028] 图5为本发明实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨締气凝胶的TEM图；
[0029] 图6为本发明实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨締气凝胶的拉曼光谱图
[0030] 图7为本发明实施例2制备的负载Au纳米粒子的石墨締气凝胶的外观照片； [003U图8为本发明实施例2制备的负载Au纳米粒子的石墨締气凝胶的低倍SEM照片；
[0032] 图9为本发明实施例2制备的负载Au纳米粒子的石墨締气凝胶的高倍SEM照片；
[0033] 图10为本发明实施例3制备的负载Au纳米粒子的石墨締气凝胶的外观照片。
【具体实施方式】
[0034] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，运些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0035] 本发明实施例公开了一种负载金纳米粒子的石墨締气凝胶的制备方法，包括W下 步骤：
[0036] 将氧化石墨締、水、异丙醇与金源混合，得到分散液；
[0037] 将所述分散液进行福照，得到负载金纳米粒子的石墨締水凝胶；
[0038] 将所述石墨締水凝胶进行冷冻干燥，得到负载金纳米粒子的石墨締气凝胶。
[0039] 本申请提供了一种负载金纳米粒子的石墨締气凝胶的制备方法，即采用高能射线 在室溫下福照含有金纳米粒子前躯体的石墨締水-异丙醇分散液，直接一步得到了负载金 纳米粒子的石墨締水凝胶，而后经冷冻干燥形成了石墨締气凝胶，本发明提供的制备方法 条件溫和，易于操作，且环境友好的特点。
[0040] 按照本发明，本申请首先进行了原料的混合，即将氧化石墨締、水、异丙醇与金源 混合，得到氧化石墨締的分散液。在此过程中，所述氧化石墨締只有在异丙醇/水溶液中分 散，才能得到氧化石墨締水凝胶；在实验过程中，如果分别采用甲醇、乙醇、丙醇、下醇、乙二 醇和叔下醇等替换异丙醇，则试验结果为：前四种醇/水体系中，只能得到颗粒状沉淀；后 两种醇/水体系中则观察不到任何变化；而只有异丙醇/水体系中能够确定形成柱状的水 凝胶，且重复性好。本申请中所述异丙醇与水的体积比优选为1 : (8~10)，在实施例中，所 述异丙醇与水的比例最优选为1:9. 5。本申请所述金源优选为HAuCIa溶液。所述分散液中 氧化石墨締的浓度优选为0. 1~5mg/mL。本申请所述氧化石墨締的制备方法为本领域技术 人员熟知的制备方法，此处不再进行详细说明。为了使分散液中的氧化石墨締能够充分分 散并组装成水凝胶，所述分散液的制备方法具体为：
[0041] 将氧化石墨締分散于水与异丙醇的混合液中，再加入金源，然后调节pH至3W下。
[0042] 上述过程中，分散液的抑值主要影响氧化石墨締的分散性，随着抑值的增大，氧 化石墨締分散更稳定，不利于形成凝胶。
[0043] 本申请然后将氧化石墨締的分散液采用放射源进行福照，得到负载金纳米粒子的 石墨締水凝胶。在高能射线福照下，水分解产生册?、H?和水合电子等活性粒种，而异丙 醇能迅速捕获氧化性的册?自由基，使体系保持还原性气氛，实现金粒子和氧化石墨締的 还原，如下述反应式所示。所述放射源优选为6°Co丫放射源，所述放射