一种纳米碲/碳复合材料及其制备方法与应用

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种纳米碲/碳复合材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、纳米碲(te)/碳复合材料在半导体、导电、热电以及声光等方面具有独特的性质，广泛应用于电子、传感器、光电子和能源设备。目前已经开发了许多合成方法来获得各种形态的纳米碲/碳材料，例如气相沉积法、水热法和溶液法。尽管气相沉积法等物理方法可以合成小到几纳米的明确的纳米结构，但开发这些技术进行大批量生产将需要专用的设备，并且非常昂贵。从产量、成本和大规模生产的潜力来看，水热法和溶液法等化学方法可能为纳米结构提供了一条更有前景的途径。

2、在各种纳米碲/碳复合材料的合成探索中，通常是通过水热法合成碲纳米材料，然后与碳材料物理混合获得纳米碲/碳复合材料；或者首先合成不同功能化的碳材料，然后通过熔融法在碳材料上负载纳米碲制备纳米碲/碳复合材料。然而，目前存在的各种纳米碲/碳复合材料合成方案通常涉及多步骤操作过程或者高能耗和长时间的碲熔融分散制造工艺。另外目前合成纳米碲/碳复合材料中的te纳米管还存在容易团聚并且分布不均得问题。因此，为了实现纳米碲/碳复合材料的大规模制备及工业应用，亟需寻找新的简单的合成方法制备te纳米管均匀分散的纳米碲/碳材料复合材料。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种纳米碲/碳复合材料。本发明的目的之二在于提供这种纳米碲/碳复合材料的制备方法。本发明的目的之三在于提供纳米碲/碳复合材料的应用。本发明通过设计简单的一步氧化还原反应，可在短时间反应制得纳米碲均匀分散的纳米碲/碳复合材料。

2、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

3、本发明第一方面提供了一种纳米碲/碳复合材料，所述复合材料中的碲纳米棒嵌入还原氧化石墨烯中，所述碲纳米棒在所述复合材料中分散均匀。

4、优选地，所述碲纳米棒的长度为50～300nm；更优选地为80～200nm。

5、优选地，所述碲纳米棒的直径为10～20nm；更优选为12～20nm。

6、优选地，所述复合材料的制备原料包括氧化石墨烯和碲氢化物。

7、本发明第二方面提供了第一方面所述的纳米碲/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：将稳定剂、氧化石墨烯和碲氢化物在溶剂中混合，进行反应，制得所述纳米碲/碳复合材料。

8、优选地，具体包括以下步骤：将碲氢化物溶液加入到含有稳定剂和氧化石墨烯的混合溶液，进行反应，制得所述纳米碲/碳复合材料。更优选地，所述碲氢化钠溶液为碲氢化钠水溶液；进一步优选地，所述碲氢化钠溶液的制备方法为：将硼氢化钠与碲粉在水中反应，反应过程中释放反应产生的氢气，反应后产生白色的四硼酸钠沉淀，上层澄清的淡紫色溶液为碲氢化钠水溶液；更进一步优选地，为保证碲氢化钠溶液在反应前不被氧化，碲氢化钠溶液需现制现配。更优选地，所述含有稳定剂和氧化石墨烯的混合溶液的制备方法为：将稳定剂和氧化石墨烯分散在水中，制得含有稳定剂和氧化石墨烯的混合溶液。

9、优选地，所述碲氢化物为碱金属盐碲氢化物；更优选地，所述碲氢化物为碲氢化钠。

10、优选地，将碲氢化钠溶液在剧烈搅拌下快速加入到含有稳定剂和氧化石墨烯的混合溶液。

11、优选地，所述稳定剂为非离子型表面活性剂；更优选地，所述稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮；进一步优选地，所述氧化石墨烯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：350～1600。

12、优选地，所述溶剂为水。更优选地，所述氧化石墨烯与水的用量为1mg：40～60ml.。进一步优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮与水的用量为0.1～0.4mmol：40～60ml.。

13、优选地，所述氧化石墨烯与碲氢化物的用量比为1mg：0.1～0.4mmol。

14、优选地，反应温度40～60℃；更优选为45～55℃；包括但不限于46、48、50、52、54℃。

15、优选地，反应时间3～24h；更优选为3～10h；包括但不限于3、4、5、6、7、8、9、10h。

16、优选地，反应在保护性气氛下进行；优选为氩气。

17、优选地，还包括如下步骤：反应后的溶液经离心、洗涤和冷冻干燥制得所述碲纳米棒/还原氧化石墨烯复合材料。

18、本发明第三方面提供了第一方面所述的纳米碲/碳复合材料的应用，纳米碲/碳复合材料应用在半导体、导电、热电或声光领域。

19、本发明的有益效果是：

20、本发明提供了一种碲纳米棒/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法，本发明利用碲氢化钠(nahte)作为还原剂和碲源，并利用氧化石墨烯(go)作为氧化剂和负载材料，使得复合材料中碲纳米棒均匀分布并且嵌入在还原氧化石墨烯(rgo)中。

21、具体来说，本发明与现有技术相比，具有以下的优点：

22、1)本发明提供了一种碲纳米棒/还原氧化石墨烯复合材料，复合材料中碲纳米棒紧密地嵌入在还原氧化石墨烯中，所形成的碲纳米棒尺寸较小且具有良好的结晶度。

23、2)本发明的制备方法只需要简单的一步过程并且在短时间就可完成，合成步骤简单并且耗时少，最短时长为3h，解决了目前各种纳米碲/碳复合材料合成工艺复杂的问题，这有利于此复合材料的大规模生产。本发明使用pvp作为表面活性剂，这使得反应过程中形成了尺寸较小的碲纳米棒。本发明使用nahte作为还原剂和碲源，使用go最为氧化剂和负载材料，使得复合材料中碲纳米棒均匀分布并且嵌入在rgo中，克服了纳米碲材料容易团聚并且分散不均匀的问题。

24、3)本发明的碲纳米棒/还原氧化石墨烯复合材料在半导体、导电、热电以及声光领域具有应用潜力。

技术特征：

1.一种纳米碲/碳复合材料，其特征在于，包括还原氧化石墨烯和分散在所述还原氧化石墨烯中的碲纳米棒；所述碲纳米棒嵌入所述还原氧化石墨烯中。

2.根据权利要求1所述的纳米碲/碳复合材料，其特征在于，所述碲纳米棒的长度为50～300nm；

3.权利要求1或2所述的纳米碲/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将稳定剂、氧化石墨烯和碲氢化物在溶剂中混合，进行反应，制得所述纳米碲/碳复合材料。

4.根据权利要求3所述纳米碲/碳复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：将碲氢化物溶液加入到含有稳定剂和氧化石墨烯的混合溶液，进行反应，制得所述纳米碲/碳复合材料。

5.根据权利要求3所述纳米碲/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述碲氢化物为碱金属盐碲氢化物；

6.根据权利要求3所述纳米碲/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述稳定剂为非离子型表面活性剂；

7.根据权利要求3所述纳米碲/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水。

8.根据权利要求3所述纳米碲/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与所述碲氢化物的用量比为1mg：0.1～0.4mmol。

9.根据权利要求3所述纳米碲/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述反应的条件选自以下一种或多种：

10.权利要求1或2所述的纳米碲/碳复合材料在半导体、导电、热电或声光领域中的应用。

技术总结
本发明提供了一种纳米碲/碳复合材料及其制备与应用。所述纳米碲/碳复合材料包括还原氧化石墨烯和分散在所述还原氧化石墨烯中的碲纳米棒；所述碲纳米棒嵌入所述还原氧化石墨烯中。本发明使用碲氢化物作为还原剂和碲源，使用GO最为氧化剂和负载材料，使得复合材料中碲纳米棒均匀分布并且嵌入在rGO中，克服了纳米碲材料容易团聚并且分散不均匀的问题。本发明的复合材料制备方法只需要简单的一步过程并且在短时间就可完成，解决了目前各种纳米碲/碳复合材料合成工艺复杂的问题，这有利于此复合材料的大规模生产。另外本发明使用PVP作为表面活性剂，这使得反应过程中形成了尺寸较小的碲纳米棒。

技术研发人员：郭志男,胡海国,牛利,寇翠云,罗一语
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15