一种镀镍石墨烯的制备方法与流程

本发明涉及石墨烯领域，具体而言，涉及一种镀镍石墨烯的制备方法。

背景技术：

石墨烯作为一种新发现的碳单质，在光、电、磁等方面表现出优异的性能。这使得石墨烯在多个应用领域如生物传感器、分子检测、超级电容器、储氢材料、电池材料等领域展现出广阔的应用前景。

金属镍具有较高的导热、导电性和良好的磁性，并且和石墨烯具有良好的匹配性。可以预见，将金属镍与石墨烯复合不仅可以应用于电磁传导材料、催化材料，而且可以作为增强材料加入到其他金属中制备出高性能的复合材料。

然而，目前关于石墨烯表面镀镍的研究还比较少，而且仅有的一些镀镍方法也存在问题，即制备工艺复杂，制备周期长，材料成本高，很不利于规模化生产镀镍石墨烯。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种镀镍石墨烯的制备方法，其能够简化制备工艺，降低材料成本，促进镀镍石墨烯规模化生产。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。

本发明提出一种镀镍石墨烯的制备方法，其包括以下步骤：

混合处理：将石墨烯与去离子水混合后进行搅拌，得到浓度为0.1-2mg/mL的石墨烯第一溶液，添加D-L苹果酸和第一金属镍盐到石墨烯第一溶液中，并进行第一次超声处理，得到第一混合溶液；

还原处理：通过碱性溶液调节第一混合溶液的酸碱度，使第一混合溶液的pH＝10，加入第一硼氢化钠进行还原反应，得到第二混合溶液；

镀镍处理：向第二混合溶液中添加第二金属镍盐和第二硼氢化钠，进行第二次超声处理、离心洗涤以及干燥。

本发明实施例的镀镍石墨烯的制备方法的有益效果是：该镀镍石墨烯的制备方法简单，只需要混合处理、还原处理和镀镍处理三个步骤即可制备出所需的石墨烯复合材料，去掉了传统的活化、敏化步骤，缩短了制备周期，并且采用了价格低廉的D-L苹果酸对石墨烯进行表面活化处理，降低材料成本，从而在整体提高镀镍石墨烯制备工艺效率的同时，降低其制造成本。

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为本发明实施例1的无镀镍石墨烯和镀镍石墨烯的X射线衍射图；

图2为本发明实施例1的无镀镍石墨烯和镀镍石墨烯的扫描电镜图。

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镀镍石墨烯的制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种镀镍石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

S1、混合处理：将石墨烯与去离子水混合后进行搅拌，得到浓度为0.1-2mg/mL的石墨烯第一溶液，添加D-L苹果酸和第一金属镍盐到石墨烯第一溶液中，并进行第一次超声处理，得到第一混合溶液。

需要说明的是，将石墨烯与去离子混合后进行的搅拌可以为机械搅拌，也可以是超声搅拌，优选地为，超声搅拌，因为超声搅拌更有利于石墨烯均匀分散在去离子水中。

进一步的，D-L苹果酸和金属镍盐作为表面活性剂，能够提高石墨烯表面的活性，促进金属离子附着于石墨烯表面，故其浓度对于石墨烯表面是否能够有效的吸附金属离子为石墨烯的镀镍处理提供条件具有重要作用，在本发明较佳实施例浓度中，D-L苹果酸的浓度控制在0.1-1mol/L，第一金属镍盐的浓度控制在0.01-0.2mol/L，这样能够使得混合处理后的石墨烯的表面活性处于一个最佳的状态，有利于下一步还原处理过程的发生。另外，石墨烯第一溶液的浓度控制在0.1-2mg/mL主要是为了保证混合处理过程中，石墨烯的表面能够被最大程度的将官能团暴露出来，以有利于表面活性剂发挥自身应有的性能。

进一步地，为了使混合处理过程中D-L苹果酸、第一金属镍盐和石墨烯第一溶液充分的作用反应，上述第一次超声处理过程中还同时进行了搅拌，搅拌与第一次超声处理的同时进行使得石墨烯更易与金属离子结合。另外，优选地，第一次超声处理时间为25-35min，进一步优选地，第一次超声处理时间为30min。需要说明的是，超声处理时间的长短，同样决定了混合处理过后石墨烯的表面官能团的地分布情况和活性状态，而30min的超声处理时间能够让表面处理过后的石墨烯表面表现出最佳的活性状态。

S2、还原处理：通过碱性溶液调节第一混合溶液的酸碱度，使第一混合溶液的pH＝10，加入第一硼氢化钠进行还原反应，得到第二混合溶液。需要说明的是，添加第一硼氢化钠到第一混合溶液主要是与第一混合溶液中的镍离子发生氧化还原反应，使得镍离子能够初步还原吸附在石墨烯的表面。另外，本实施例采用硼氢化钠作为还原剂，相对于水合肼及其衍生物等强毒性还原剂而言，具有无毒环保的优点，满足绿色化学的要求，便于此方法的推广应用。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，还原处理过程中的碱性溶液为氢氧化钠溶液。需要说明的是，采用氢氧化钠主要在于能够为后续镀镍处理创造良好的碱性环境。

优选地，为了对第一混合溶液达到最好的酸碱度调节，本实施例将氢氧化钠溶液的浓度控制在0.15-0.25mmol/L，具体的原因是：碱性过强，调节要求会变高而且极易造成实验失败，碱性过低，又达不到有效对第一混合溶液进行pH调节的目的。

S3、镀镍处理：向第二混合溶液中添加第二金属镍盐和第二硼氢化钠，进行第二次超声处理、离心洗涤以及干燥。需要说明的是，镀镍处理过程是镀镍石墨烯制备过程中进一步的还原镀镍处理，其决定了石墨烯所镀镍的最终质量和覆盖度。因此，为了镀镍处理能够达到预期的最佳结果，第二金属镍盐的浓度和第二硼氢化钠的浓度控制在0.01-0.2mol/L，并且优选地，第二次超声处理过程中还同时进行搅拌，这主要是由于搅拌与第二次超声处理的同时进行使得镀镍处理后的石墨烯表面能够还原吸附一层具有较强结合力的镍，从而形成高质量的镀镍石墨烯。

需要说明的是，超声处理时间的长短，同样决定了混合处理过后石墨烯的表面的吸附特性。因此，在本发明较佳的实施例中，第二次超声处理时间为55-65min，优选地，第二次超声处理时间为60min，这样能使混合处理过后的石墨烯表面表现出最佳的吸附能力。

进一步地，在本发明最佳的实施例中，为了使镀镍处理过程顺利进行，并且得到高质量的镀镍石墨烯复合材料，本实施例在离心洗涤后优化了干燥条件，即要求进行干燥是在真空条件下，并且控制温度80℃，干燥时间为12小时。

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

本实施例提供的一种镀镍石墨烯的制备方法，其制备过程如下：

S1、用电子天平称取100mg石墨烯加入到100mL的去离子水中，形成浓度为1mg/mL的石墨烯溶液，同时添加浓度为0.1mol/L的D-L苹果酸和浓度为0.01mol/L的六水合硫酸镍超声0.5h，使其完全混合形成石墨烯金属盐混合溶液。

S2、采用浓度为0.2mmol/L的氢氧化钠溶液调节上述石墨烯金属盐混合溶液的酸碱度，使溶液的pH＝10，然后缓慢加入浓度为0.05mol/L的硼氢化钠，常温下反应0.5h，得到还原处理混合液。

S3、向上述还原处理混合液中，添加浓度为0.02mol/L的六水合硫酸镍和浓度为0.1mol/L硼氢化钠超声反应1h，再利用离心机离心洗涤三次，最后在真空干燥箱中80℃烘干12h，即可得到镀镍石墨烯。

实施例2

本实施例提供的一种镀镍石墨烯的制备方法，其制备过程如下：

S1、用电子天平称取100mg石墨烯加入到200mL的去离子水中，形成浓度为0.5mg/mL的石墨烯溶液，同时添加浓度为0.1mol/L的D-L苹果酸和浓度为0.01mol/L的六水合硫酸镍超声0.5h，使其完全混合形成石墨烯金属盐混合溶液。

S2、采用浓度为0.2mmol/L的氢氧化钠溶液调节上述石墨烯金属盐混合溶液的酸碱度，使溶液的pH＝10，然后缓慢加入浓度为0.05mol/L的硼氢化钠，常温下反应0.5h，得到还原处理混合液。

S3、向上述还原处理混合液中，添加浓度为0.02mol/L的六水合硫酸镍和浓度为0.1mol/L硼氢化钠超声反应1h，再利用离心机离心洗涤三次，最后在真空干燥箱中80℃烘干12h，即可得到镀镍石墨烯。

实施例3

本实施例提供的一种镀镍石墨烯的制备方法，其制备过程如下：

S1、用电子天平称取100mg石墨烯加入到100mL的去离子水中，形成浓度为1mg/mL的石墨烯溶液，同时添加浓度为0.1mol/L的D-L苹果酸和浓度为0.02mol/L的六水合硫酸镍超声0.5h，使其完全混合形成石墨烯金属盐混合溶液。

S2、采用浓度为0.2mmol/L的氢氧化钠溶液调节上述石墨烯金属盐混合溶液的酸碱度，使溶液的pH＝10，然后缓慢加入浓度为0.05mol/L的硼氢化钠，常温下反应0.5h，得到还原处理混合液。

S3、向上述还原处理混合液中，添加浓度为0.02mol/L的六水合硫酸镍和浓度为0.1mol/L硼氢化钠超声反应1h，再利用离心机离心洗涤三次，最后在真空干燥箱中80℃烘干12h，即可得到镀镍石墨烯。

实施例4

本实施例提供的一种镀镍石墨烯的制备方法，其制备过程如下：

S1、用电子天平称取100mg石墨烯加入到200mL的去离子水中，形成浓度为0.5mg/mL的石墨烯溶液，同时添加浓度为0.1mol/L的D-L苹果酸和浓度为0.01mol/L的六水合硫酸镍超声0.5h，使其完全混合形成石墨烯金属盐混合溶液。

S2、采用浓度为0.2mmol/L的氢氧化钠溶液调节上述石墨烯金属盐混合溶液的酸碱度，使溶液的pH＝10，然后缓慢加入浓度为0.1mol/L的硼氢化钠，常温下反应0.5h，得到还原处理混合液。

S3、向上述还原处理混合液中，添加浓度为0.02mol/L的六水合硫酸镍和浓度为0.1mol/L硼氢化钠超声反应1h，再利用离心机离心洗涤三次，最后在真空干燥箱中80℃烘干12h，即可得到镀镍石墨烯。

实施例5

本实施例提供的一种镀镍石墨烯的制备方法，其制备过程如下：

S1、用电子天平称取100mg石墨烯加入到100mL的去离子水中，形成浓度为1mg/mL的石墨烯溶液，同时添加浓度为0.05mol/L的D-L苹果酸和浓度为0.01mol/L的六水合硫酸镍超声0.5h，使其完全混合形成石墨烯金属盐混合溶液。

S2、采用浓度为0.2mmol/L的氢氧化钠溶液调节上述石墨烯金属盐混合溶液的酸碱度，使溶液的pH＝10，然后缓慢加入浓度为0.05mol/L的硼氢化钠，常温下反应0.5h，得到还原处理混合液。

S3、向上述还原处理混合液中，添加浓度为0.02mol/L的六水合硫酸镍和浓度为0.1mol/L硼氢化钠超声反应1h，再利用离心机离心洗涤三次，最后在真空干燥箱中80℃烘干12h，即可得到镀镍石墨烯。

实施例6

本实施例提供的一种镀镍石墨烯的制备方法，其制备过程如下：

S1、用电子天平称取100mg石墨烯加入到100mL的去离子水中，形成浓度为1mg/mL的石墨烯溶液，同时添加浓度为0.05mol/L的D-L苹果酸和浓度为0.01mol/L的六水合硫酸镍超声0.5h，使其完全混合形成石墨烯金属盐混合溶液。

S2、采用浓度为0.2mmol/L的氢氧化钠溶液调节上述石墨烯金属盐混合溶液的酸碱度，使溶液的pH＝10，然后缓慢加入浓度为0.05mol/L的硼氢化钠，常温下反应0.5h，得到还原处理混合液。

S3、向上述还原处理混合液中，添加浓度为0.1mol/L的六水合硫酸镍和浓度为0.1mol/L硼氢化钠超声反应1h，再利用离心机离心洗涤三次，最后在真空干燥箱中80℃烘干12h，即可得到镀镍石墨烯。

试验例

为了对本发明实施例中得到的镀镍石墨烯材料表面的镍进行物质鉴定和表面镀层观察，本发明选取了实施例1中试验前的石墨烯和试验后所得的镀镍石墨烯作为试验例的样品，进行对应的XRD分析测试和SEM测试，其结果请分别参照图1和图2。需要说明的是，图2中，a代表的是无镀镍石墨烯，b代表的是镀镍石墨烯。

参照图1可以看出，试验前，石墨烯中仅有碳元素的存在，试验后，出现了镍元素，且镍的存在一定程度上弱化了原本石墨烯中碳元素的峰强，这也从侧面反映了石墨烯表面镍的存在。另外，参照图2可以看出，石墨烯表面在镀镍前和镀镍后具有明显的差异，镀镍前，石墨烯表面光滑质地分布均匀，没有膜层的存在，镀镍试验后，明显有一层镀层覆盖与石墨烯表面。因此，结合图1和图2的测试结果可以认为，采用本发明实施例中镀镍石墨烯的制备方法能够在保证镀镍石墨烯复合材料质量的同时，优化其制备过程中的工艺，降低材料成本，满足现代工业对于环保的要求。

综上所述，本发明实施例的镀镍石墨烯的制备方法简单，只需混合处理、还原处理和镀镍处理三个步骤即可制备出所需的石墨烯复合材料，去掉了传统的活化、敏化步骤，缩短了制备周期，并且采用了价格低廉的D-L苹果酸对石墨烯进行表面活化处理，降低了材料成本，从而在整体提高镀镍石墨烯制备工艺效率的同时，降低其制造成本，该制备方法可应用于石墨烯镀金属层的制备工艺中。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。