专利名称：一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法
技术领域：
本发明属于纳米复合材料及辐射化学交叉领域，特别是涉及一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的制备方法。
背景技术：
石墨烯是一种二维(2D)平面结构的单层石墨晶体，它是构筑其它维度碳材料(0D富勒烯、ID碳纳米管、3D石墨)的基本结构单元。石墨烯具有良好的结晶性及优异的电学、热学和力学性能，自2004年被成功制备以来，迅速引发了各个领域对它的研究热潮。由于 石墨烯具有性能优异、成本低廉、可加工性好等诸多优势，它在电子、信息、能源、材料和医药领域必将有广阔的应用前景。石墨烯的制备技术越来越完善，为基于石墨烯而构建的新型材料的研究和开发奠定了良好的基础，提供了原料的保障。通过化学修饰是实现对石墨烯的功能化的一个有效途径。文献中已有报道采用水合肼作为还原剂，还原氧化石墨和氯化镍的混合溶液制备石墨烯-纳米镍复合材料，此法所得到的镍粒子尺寸较大且不容易控制，团聚较为严重，需加入表面活性剂、有机溶剂等来抑制其团聚，在一定程度上增加了成本；另外，水合肼作为还原剂对环境危害较大。
发明内容
本发明是要解决现有方法制备石墨烯-镍纳米复合材料成本高、对环境危害大的问题，而提供了一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法。一、氧化石墨的制备采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化反应制备氧化石墨；二、将步骤一制备的氧化石墨与镍盐进行混合，然后超声分散于去离子水中得到混合溶液；其中，混合溶液中氧化石墨与镍盐质量比为1: (I 4)，混合溶液中氧化石墨的浓度为3 7g/L ；三、向混合溶液中滴加异丙醇，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；其中，所述混合溶液与异丙醇的体积比为1: (O. 05 O. 4)，所述伽马射线剂量为20 80Gy/min,照射时间为4 8h ;四、将产物经离心分离、清洗和干燥后即得到石墨烯/镍纳米复合材料。有益效果1、本发明所涉及到的反应均在常温常压下进行，反应条件温和、制备成本低廉，特别适合材料的量化生产。2、本发明实施方法简单，可控性强，具有良好的重现性，生成的产品质量稳定。3、本发明实施过程中所用试剂易于清除，同时不需要表面活性剂和有机溶剂，对环境危害小，并且制备的产物纯度高。
图1是试验I中制备的石墨烯/镍纳米复合材料的TEM图；图2是试验I中制备的石墨烯/镍纳米复合材料的XRD图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法按以下步骤实现一、氧化石墨的制备采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化反应制备氧化石墨；二、将步骤一制备的氧化石墨与镍盐进行混合，然后超声分散于去离子水中得到混合溶液；其中，混合溶液中氧化石墨与镍盐质量比为1: (I 4)，混合溶液中氧化石墨 的浓度为3 7g/L ；三、向混合溶液中滴加异丙醇，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；其中，所述混合溶液与异丙醇的体积比为1: (O. 05 O. 4)，所述伽马射线剂量为20 80Gy/min,照射时间为4 8h ;四、将产物经离心分离、清洗和干燥后即得到石墨烯/镍纳米复合材料。本实施方式效果1、本发明所涉及到的反应均在常温常压下进行，反应条件温和、制备成本低廉，特别适合材料的量化生产。2、本发明实施方法简单，可控性强，具有良好的重现性，生成的产品质量稳定。3、本发明实施过程中所用试剂易于清除，同时不需要表面活性剂和有机溶剂，对环境危害小，并且制备的产物纯度高。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化反应制备氧化石墨的方法为一、向三颈瓶中加入150ml质量浓度为98%的浓硫酸，然后在冰水浴下向三颈瓶中加入6g天然鳞片石墨,搅拌加入19. 5g KMnO4,然后控制反应温度在O 20V反应Ih后在O 35°C反应2h得到反应液；二、将反应液转入500ml蒸馏水中，在60°C反应Ih后转移至1400ml蒸馏水和IOOml质量浓度为3%双氧水的混合液中，继续搅拌24h，过滤、洗涤，60°C干燥即完成了氧化石墨的制备。其他参数与步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤二中的镍盐为乙酸镍或氯化镍。其他参数与步骤与具体实施方式
一或二相同。通过以下试验验证本发明有益效果试验1:一、氧化石墨的制备以天然鳞片石墨为原料，经改良的Hummer法将其进行氧化制备氧化石墨；二、称取300mg步骤一中制备的氧化石墨与302mg乙酸镍进行混合，然后在40Khz、超声时间为IOmin的条件下分散于IOOmL去离子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加5ml异丙醇作为自由基清除剂，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；所述伽马射线剂量为40Gy/min，照射时间为4h ；四、将产物经9000r/min离心5min、经蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/镍纳米复合材料；步骤一中采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化制备氧化石墨的方法一、向三颈瓶中加入150ml质量浓度为98%的浓硫酸，然后在冰水浴下向三颈瓶中加入6g天然鳞片石墨，搅拌加入19. 5gKMn04，然后控制反应温度在15°C反应Ih后在20°C反应2h得到反应液；二、将反应液转入500ml蒸馏水中，在60°C反应Ih后转移至1400ml蒸馏水和IOOml质量浓度为3%双氧水的混合液中，继续搅拌24h，过滤、洗涤，60°C干燥即完成了氧化石墨的制备。图1所示为本试验得到的石墨烯/镍纳米复合材料的TEM图，可以看到镍纳米粒子分散在石墨烯的表面，粒径在5 IOnm ；图2是试验I中制备的石墨烯/镍纳米复合材料的XRD图，图中所示为石墨烯的特征峰和单质镍的特征峰，镍的所有衍射峰均可归于立方晶系Ni (JCPDS04-0850)，没有其他杂质峰的出现，表明所得产品纯度高。试验2 一、氧化石墨的制备以天然鳞片石墨为原料，经改良的Hummer法将其进行氧化制备氧化石墨；二、称取300mg步骤一中制备的氧化石墨与302mg氯化镍进行混合，然后在40Khz、超声时间为IOmin的条件下分散于IOOmL去离子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加IOml异丙醇作为自由基清除剂，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；所述伽马射线剂量为80Gy/min，照射时间为6h ；四、将产物经9000r/min离心5min、经蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/镍纳米复合材料；步骤一中采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化制备氧化石墨的方法一、向三颈瓶中加入150ml质量浓度为98%的浓硫酸，然后在冰水浴下向三颈瓶中加入6g天然鳞片石墨,搅拌加入19. 5g KMnO4,然后控制反应温度在15°C反应Ih后在25V反应2h得到反应液；二、将反应液转入500ml蒸馏水中，在60°C反应Ih后转移至1400ml蒸馏水和IOOml质量浓度为3%双氧水的混合液中，继续搅拌24h，过滤、洗涤，60°C干燥即完成了氧化石墨的制备。 试验3 一、氧化石墨的制备以天然鳞片石墨为原料，经改良的Hummer法将其进行氧化制备氧化石墨；二、称取300mg步骤一中制备的氧化石墨与302mg氯化镍进行混合，然后在40Khz、超声时间为IOmin的条件下分散于IOOmL去离子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加IOml异丙醇作为自由基清除剂，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；所述伽马射线剂量为80Gy/min，照射时间为8h ；四、将产物经9000r/min离心5min、经蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/镍纳米复合材料；步骤一中采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化制备氧化石墨的方法一、向三颈瓶中加入150ml质量浓度为98%的浓硫酸，然后在冰水浴下向三颈瓶中加入6g天然鳞片石墨，搅拌加入19. 5gKMn04，然后控制反应温度在15°C反应Ih后在30°C反应2h得到反应液；二、将反应液转入500ml蒸馏水中，在60°C反应Ih后转移至1400ml蒸馏水和IOOml质量浓度为3%双氧水的混合液中，继续搅拌24h，过滤、洗涤，60°C干燥即完成了氧化石墨的制备。 试验4 一、氧化石墨的制备以天然鳞片石墨为原料，经改良的Hummer法将其进行氧化制备氧化石墨；二、称取300mg步骤一中制备的氧化石墨与302mg氯化镍进行混合，然后在40Khz、超声时间为IOmin的条件下分散于IOOmL去离子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加15ml异丙醇作为自由基清除剂，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；所述伽马射线剂量为80Gy/min，照射时间为8h ；四、将产物经9000r/min离心5min、经蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/镍纳米复合材料；步骤一中采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化制备氧化石墨的方法一、向三颈瓶中加入150ml质量浓度为98 %的浓硫酸，然后在冰水浴下向三颈瓶中加入6g天然鳞片石墨,搅拌加入19. 5g KMnO4,然后控制反应温度在15°C反应Ih后在35°C反应2h得到反应液；二、将反应液转入500ml蒸馏水中，在60°C反应Ih后转移至1400ml蒸馏水和IOOml质量浓度为3%双氧水的混合液中，继续搅拌24h，过滤、洗涤，60°C干燥即完成了氧化石墨的制备。试验5 一、氧化石墨的制备以天然鳞片石墨为原料，经改良的Hummer法将其进行氧化制备氧化石墨；二、称取300mg步骤一中制备的氧化石墨与302mg氯化镍进行混合，然后在40Khz、超声时间为IOmin的条件下分散于IOOmL去离子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加20ml异丙醇作为自由基清除剂，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；所述伽马射线剂量为80Gy/min，照射时间为8h ；四、将产物经9000r/min离心5min、经蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/镍纳米复合材料；步骤一中采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化制备氧化石墨的方法
一、向三颈瓶中加入150ml质量浓度为98 %的浓硫酸，然后在冰水浴下向三颈瓶中加入6g天然鳞片石墨，搅拌加入19. 5gKMn04，然后控制反应温度在20°C反应Ih后在20°C反应2h得到反应液；二、将反应液转入500ml蒸馏水中，在60°C反应Ih后转移至1400ml蒸馏水和IOOml质量浓度为3%双氧水的混合液中，继续搅拌24h，过滤、洗涤，60°C干燥即完成了氧化石墨的制备。试验6:一、氧化石墨的制备以天然鳞片石墨为原料，经改良的Hummer法将其进行氧化制备氧化石墨；二、称取300mg步骤一中制备的氧化石墨与302mg氯化镍进行混合，然后在40Khz、超声时间为IOmin的条件下分散于IOOmL去离子水中得到混合溶液；
三、向混合溶液中滴加5ml异丙醇作为自由基清除剂，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；所述伽马射线剂量为80Gy/min，照射时间为8h ；四、将产物经9000r/min离心5min、经蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/镍纳米复合材料；步骤一中采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化制备氧化石墨的方法—、向三颈瓶中加入150ml质量浓度为98 %的浓硫酸，然后在冰水浴下向三颈瓶中加入6g天然鳞片石墨，搅拌加入19. 5gKMn04，然后控制反应温度在20°C反应Ih后在25°C反应2h得到反应液；二、将反应液转入500ml蒸馏水中，在60°C反应Ih后转移至1400ml蒸馏水和IOOml质量浓度为3%双氧水的混合液中，继续搅拌24h，过滤、洗涤，60°C干燥即完成了氧化石墨的制备。试验7 一、氧化石墨的制备以天然鳞片石墨为原料，经改良的Hummer法将其进行氧化制备氧化石墨；二、称取300mg步骤一中制备的氧化石墨与302mg氯化镍进行混合，然后在40Khz、超声时间为IOmin的条件下分散于IOOmL去离子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加5ml异丙醇作为自由基清除剂，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；所述伽马射线剂量为80Gy/min，照射时间为6h ；四、将产物经9000r/min离心5min、经蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/镍纳米复合材料；步骤一中采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化制备氧化石墨的方法一、向三颈瓶中加入150ml质量浓度为98%的浓硫酸，然后在冰水浴下向三颈瓶中加入6g天然鳞片石墨，搅拌加入19. 5gKMn04，然后控制反应温度在20°C反应Ih后在30°C反应2h得到反应液；二、将反应液转入500ml蒸馏水中，在60°C反应Ih后转移至1400ml蒸馏水和IOOml质量浓度为3%双氧水的混合液中，继续搅拌24h，过滤、洗涤，60°C干燥即完成了氧化石墨的制备。试验8 一、氧化石墨的制备以天然鳞片石墨为原料，经改良的Hummer法将其进行氧化制备氧化石墨；二、称取300mg步骤一中制备的氧化石墨与302mg氯化镍进行混合，然后在40Khz、超声时间为IOmin的条件下分散于IOOmL去离子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加5ml异丙醇作为自由基清除剂，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；所述伽马射线剂量为80Gy/min，照射时间为4h ；四、将产物经9000r/min离心5min、经蒸馏水和乙醇洗涤数次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/镍纳米复合材料；
步骤一中采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化制备氧化石墨的方法一、向三颈瓶中加入150ml质量浓度为98%的浓硫酸，然后在冰水浴下向三颈瓶中加入6g天然鳞片石墨，搅拌加入19. 5gKMn04，然后控制反应温度在20°C反应Ih后在35°C反应2h得到反应液；二、将反应液转入500ml蒸馏水中，在60°C反应Ih后转移至1400ml蒸馏水和IOOml质量浓度3%双氧水的混合液中，继续搅拌24h，过滤、洗涤，60°C干燥即完成了氧化石墨的制备。
权利要求
1.一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法，其特征在于利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法按以下步骤实现一、氧化石墨的制备采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化反应制备氧化石墨；二、将步骤一制备的氧化石墨与镍盐进行混合，然后超声分散于去离子水中得到混合溶液；其中，混合溶液中氧化石墨与镍盐质量比为1: (I 4)，混合溶液中氧化石墨的浓度为3 7g/L ；三、向混合溶液中滴加异丙醇，然后在伽马射线照射下进行反应得到产物；其中，所述混合溶液与异丙醇的体积比为1: (O. 05 O. 4)，所述伽马射线剂量为20 80Gy/min，照射时间为4 8h ;四、将产物经离心分离、清洗和干燥后即得到石墨烯/镍纳米复合材料。
2.根据权利要I所述的一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法，其特征在于步骤一中采用改良的Hummer法以天然鳞片石墨为原料进行氧化反应制备氧化石墨的方法为一、向三颈瓶中加入150ml质量浓度为98%的浓硫酸，然后在冰水浴下向三颈瓶中加入6g天然鳞片石墨,搅拌加入19. 5g KMnO4,然后控制反应温度在O 20°C反应Ih后在O 35°C反应2h得到反应液；二、将反应液转入500ml蒸馏水中，在60°C反应Ih后转移至1400ml蒸馏水和IOOml质量浓度为3%双氧水的混合液中，继续搅拌24h，过滤、洗涤，60°C干燥即完成了氧化石墨的制备。
3.根据权利要I所述的一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法，其特征在于步骤二中的镍盐为乙酸镍或氯化镍。
全文摘要
一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法，本发明属于纳米复合材料及辐射化学交叉领域，特别是涉及一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的制备方法。本发明是要解决现有方法制备石墨烯-镍纳米复合材料成本高、对环境危害大的问题。方法一、氧化石墨的制备；二、制备混合溶液；三、伽马射线照射下进行反应得到产物；四、将产物经离心分离、清洗和干燥后即得到石墨烯/镍纳米复合材料。本发明应用于石墨烯/镍纳米复合材料制备领域。
文档编号C01B31/04GK103011151SQ20121058405
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者赵弘韬, 张丽芳, 徐平, 李志刚 申请人:黑龙江省科学院技术物理研究所