专利名称：石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料及其插层剥离合成方法
技术领域：
本发明涉及石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料及其合成方法。
背景技术：
石墨烯是拥有Sp2杂化轨道的二维碳原子晶体，这是目前世界上最薄的材料-单原子厚度的材料。石墨烯具有极好的结晶性和独特的电子学、热力学、力学性能，可以应用于许多先进材料与器件中，如薄膜材料、储能材料、液晶材料、机械谐振器等。因此，越来越多的学者参与到石墨烯复合材料的合成与性能的研究。目前，所合成的石墨烯/无机纳米复材料主要有石墨烯/ 二氧化硅、石墨烯/ 二氧化钛、石墨烯/贵金属和石墨烯/碳化钨等。石墨烯纳米复合材料的合成方法主要是先让氧化石墨与其它材料复合，再将其中的氧化石墨还原得到石墨烯纳米复合材料，或者用改性过的石墨烯与其它材料复合。 Williams等人将氧化石墨加入通过异丙氧基钛水解得到的二氧化钛乙醇胶体中，并进行超声处理，从而得到氧化石墨/ 二氧化钛纳米分散液，并在紫外光照射下对氧化石墨进行还原，最终得到了石墨烯/ 二氧化钛纳米复合材料。Ramanathan等人将改性后的石墨烯与 PMMA采用溶液分散法进行复合，并对其热力学性能、机械性能以及流变性能进行了表征。改性石墨烯/PMMA复合材料的玻璃化温度比纯PMMA提高了将近30摄氏度，弹性模量增加了 30 %，硬度增加了 5 %。Watcharotone等人将氧化石墨/ 二氧化硅溶胶涂于硼硅酸盐玻璃上，然后将干燥后的样品置于充满水合胼蒸汽的容器中进行还原，最终得到石墨烯/ 二氧化硅纳米复合材料，其导电性和石墨烯的比重有关；但是胼毒性极强，对眼睛有刺激作用， 能引起延迟性发炎，对皮肤和粘膜也有强的腐蚀作用，生产安全性差。稀土元素特殊的电子构型使其具有特殊的光、电、磁性质，而被誉为新材料的宝库。稀土纳米化后，表现出许多特性，如小尺寸效应、高比表面效应、量子效应、极强的光、 电、磁性质、超导性、高化学活性等，能大大提高材料的性能和功能。因此，稀土纳米材料在生物、医疗、催化、电池等很多领域有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明目的是提供石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料及其插层剥离合成方法。石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料由稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液制成；其中稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液的摩尔比为 1 (0.01 10) (0. 1 10) (0. 1 5)；稀土溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；表面活性剂溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；氟源溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；稀土溶液为稀土硝酸盐溶液或稀土氯化物溶液；稀土硝酸盐溶液中溶质为硝酸钇、硝酸钪、硝酸镧、硝酸铈、 硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸铽、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸镱、 硝酸镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；稀土氯化物溶液中溶质为氯化钇、氯化钪、氯化镧、氯化铈、氯化镨、氯化钕、氯化钐、氯化铕、氯化钆、 氯化铽、氯化镝、氯化钬、氯化铒、氯化铥、氯化镱、氯化镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；表面活性剂溶液为具有固定的亲水亲油基团的阴阳离子表面活性剂溶液、两性离子表面活性剂溶液或非离子表面活性剂溶液；氟源溶液为阴离子盐溶液、氟氢酸溶液、三氟乙酸溶液中的一种或几种的混合；阴离子盐溶液中溶质为氟化铵、氟化氢铵、氟化钠、氟化锂、氟化铵与氟化氢铵的混合、氟化铵与氟化钠的混合、氟化铵与氟化锂的混合、氟化氢铵与氟化钠的混合或氟化氢铵与氟化锂的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成方法按以下步骤实现一、按照摩尔比为1 (0.01 10) (0.1 10) (0. 1 5)取稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液；二、通过减压法将稀土盐溶液和膨胀石墨混合，然后在温度为40 90°C、搅拌速度为100 350r/min的条件下，加入表面活性剂溶液和氟源溶液并继续搅拌 20min Mh，再进行热处理，获得物质A ；三、物质A用蒸馏水洗涤至流出的溶液pH值为7， 然后在温度为60 80°C的条件下真空干燥3 Mh，再在温度为200 900°C、升温速度为 1 20°C /min及惰性气体保护的条件下焙烧5min 8h，即完成石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成；其中步骤一中稀土溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；表面活性剂溶液的浓度为 0. 05 2mol/L ；氟源溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；步骤一中稀土溶液为稀土硝酸盐溶液或稀土氯化物溶液；稀土硝酸盐溶液中溶质为硝酸钇、硝酸钪、硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸铽、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸镱、硝酸镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；稀土氯化物溶液中溶质为氯化钇、氯化钪、氯化镧、氯化铈、氯化镨、氯化钕、氯化钐、氯化铕、氯化钆、氯化铽、氯化镝、氯化钬、氯化铒、氯化铥、氯化镱、氯化镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；步骤一中表面活性剂溶液为具有固定的亲水亲油基团的阴阳离子表面活性剂溶液、两性离子表面活性剂溶液或非离子表面活性剂溶液；步骤一中氟源溶液为阴离子盐溶液、氟氢酸溶液、三氟乙酸溶液中的一种或几种的混合；步骤一中阴离子盐溶液中溶质为氟化铵、氟化氢铵、氟化钠、氟化锂、氟化铵与氟化氢铵的混合、氟化铵与氟化钠的混合、氟化铵与氟化锂的混合、氟化氢铵与氟化钠的混合或氟化氢铵与氟化锂的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。本发明中石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料，稀土纳米晶颗粒被成功地插入到石墨烯片层中间，稀土颗粒的形貌均一，尺寸为2nm 50 μ m，研究表明该复合纳米材料是很好的荧光基质材料。本发明中插层剥离合成石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的方法，制备的工艺简单、成本低、所需设备简单、生产安全性强，易于实现工业化生产。
图1为具体实施方式
二十三中所得石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的扫描电子显微镜图；图具体实施方式
二十三中所得石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的透射电子显微镜图；图具体实施方式
二十三中所得石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的发射和激发光谱图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料由稀土盐溶液、 膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液制成；其中稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液的摩尔比为1 (0.01 10) (0. 1 10) (0. 1 5)；稀土溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；表面活性剂溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；氟源溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；稀土溶液为稀土硝酸盐溶液或稀土氯化物溶液；稀土硝酸盐溶液中溶质为硝酸钇、硝酸钪、硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸铽、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸镱、硝酸镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；稀土氯化物溶液中溶质为氯化钇、氯化钪、氯化镧、氯化铈、氯化镨、氯化钕、氯化钐、氯化铕、氯化钆、氯化铽、氯化镝、氯化钬、氯化铒、氯化铥、氯化镱、氯化镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；表面活性剂溶液为具有固定的亲水亲油基团的阴阳离子表面活性剂溶液、两性离子表面活性剂溶液或非离子表面活性剂溶液；氟源溶液为阴离子盐溶液、氟氢酸溶液、三氟乙酸溶液中的一种或几种的混合；阴离子盐溶液中溶质为氟化铵、氟化氢铵、氟化钠、氟化锂、氟化铵与氟化氢铵的混合、 氟化铵与氟化钠的混合、氟化铵与氟化锂的混合、氟化氢铵与氟化钠的混合或氟化氢铵与氟化锂的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。本实施方式中涉及两种或两种以上物质组成时均按着任意比混合。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是具有固定的亲水亲油基团的阴阳离子表面活性剂溶液中溶质为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化铵、十二醇聚氧乙烯醚基二甲基甲基氯化铵、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基溴化铵、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基氯化铵、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠、N-油酰基多缩氨基酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是两性离子表面活性剂溶液中溶质为EO2qPO7qEO2q(P 12 、EOici6PO7ciEOici6(F127)、月桂基二甲基氧化胺、椰油烷基二甲基氧化胺、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二羟乙基氧化胺、十四烷基二羟乙基氧化胺、 十六烷基二羟乙基氧化胺、十八烷基二甲基氧化胺、十八烷基二羟乙基氧化胺中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是非离子表面活性剂溶液中溶质为聚乙烯基吡咯烷酮、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、构醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚氨酯聚氧丙烯聚氧丙烯醚、聚乙二醇单油酸酯、十八烷基乙烯脲、椰子油还原醇、十六醇、油醇、鲸蜡醇、壬基酚、辛基酚、辛基甲酚、甘油、季戊四醇、山梨醇、乙醇胺、异丙醇胺、蔗糖、月桂酸、椰子油脂肪酸、十四酸、棕榈酸、油酸和硬脂酸中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液的摩尔比为1 0.01 0.1 0.1。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是稀土盐溶液、 膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液的摩尔比为1 10 10 5。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是稀土盐溶液、 膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液的摩尔比为1 0. 1 2 1。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
八本实施方式石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成方法按以下步骤实现一、按照摩尔比为1 (0.01 10) (0.1 10) (0.1 5)取稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液；二、通过减压法将稀土盐溶液和膨胀石墨混合，然后在温度为40 90°C、搅拌速度为100 350r/min的条件下，加入表面活性剂溶液和氟源溶液并继续搅拌20min Mh，再进行热处理，获得物质A ；三、物质A用蒸馏水洗涤至流出的溶液PH值为7，然后在温度为60 80°C的条件下真空干燥3 Mh，再在温度为200 900°C、升温速度为1 20°C /min及惰性气体保护的条件下焙烧5min 8h， 即完成石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成；其中步骤一中稀土溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；表面活性剂溶液的浓度为 0. 05 2mol/L ；氟源溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；步骤一中稀土溶液为稀土硝酸盐溶液或稀土氯化物溶液；稀土硝酸盐溶液中溶质为硝酸钇、硝酸钪、硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸铽、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸镱、硝酸镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；稀土氯化物溶液中溶质为氯化钇、氯化钪、氯化镧、氯化铈、氯化镨、氯化钕、氯化钐、氯化铕、氯化钆、氯化铽、氯化镝、氯化钬、氯化铒、氯化铥、氯化镱、氯化镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；步骤一中表面活性剂溶液为具有固定的亲水亲油基团的阴阳离子表面活性剂溶液、两性离子表面活性剂溶液或非离子表面活性剂溶液；步骤一中氟源溶液为阴离子盐溶液、氟氢酸溶液、三氟乙酸溶液中的一种或几种的混合；步骤一中阴离子盐溶液中溶质为氟化铵、氟化氢铵、氟化钠、氟化锂、氟化铵与氟化氢铵的混合、氟化铵与氟化钠的混合、氟化铵与氟化锂的混合、氟化氢铵与氟化钠的混合或氟化氢铵与氟化锂的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。本实施方式中涉及两种或两种以上物质组成时均按着任意比混合。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
八不同的是步骤一中具有固定的亲水亲油基团的阴阳离子表面活性剂溶液中溶质为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化铵、十二醇聚氧乙烯醚基二甲基甲基氯化铵、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基溴化铵、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基氯化铵、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠、N-油酰基多缩氨基酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。其它步骤及参数与具体实施方式
八相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
八不同的是步骤一中两性离子表面活性剂溶液中溶质为EO2qPO7qEO2q (P 123)、EO106PO70EO106 (F 127)、月桂基二甲基氧化胺、椰油烷基二甲基氧化胺、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二羟乙基氧化胺、十四烷基二羟乙基氧化胺、十六烷基二羟乙基氧化胺、十八烷基二甲基氧化胺、十八烷基二羟乙基氧化胺中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。其它步骤及参数与具体实施方式
八相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
八不同的是步骤一中非离子表面活性剂溶液中溶质为乙烯基吡咯烷酮、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、构醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚氨酯聚氧丙烯聚氧丙烯醚、聚乙二醇单油酸酯、十八烷基乙烯脲、椰子油还原醇、 十六醇、油醇、鲸蜡醇、壬基酚、辛基酚、辛基甲酚、甘油、季戊四醇、山梨醇、乙醇胺、异丙醇胺、蔗糖、月桂酸、椰子油脂肪酸、十四酸、棕榈酸、油酸和硬脂酸中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。其它步骤及参数与具体实施方式
八相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
八至十一之一不同的是步骤一中按照摩尔比为1 :1:5: 2取稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液。其它步骤及参数与具体实施方式
八至十一之一不相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
八至十一之一不同的是步骤一中按照摩尔比为1 :1:6: 3取稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液。其它步骤及参数与具体实施方式
八至十一之一不相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
八至十三之一不同的是步骤二中减压法是在温度为15 40°C、压力的相对真空度为0 -0. 2MPa条件下混合0. 2 4h。其它步骤及参数与具体实施方式
八至十三之一不相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
八至十四之一不同的是步骤二中在温度为40°C、搅拌速度为350r/min的条件下，加入表面活性剂溶液和氟源溶液并继续搅拌20min。其它步骤及参数与具体实施方式
八至十四之一不相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
八至十四之一不同的是步骤二中在温度为90°C、搅拌速度为lOOr/min的条件下，加入表面活性剂溶液和氟源溶液并继续搅拌24h。其它步骤及参数与具体实施方式
八至十四之一不相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
八至十四之一不同的是步骤二中在温度为60°C、搅拌速度为300r/min的条件下，加入表面活性剂溶液和氟源溶液并继续搅拌12h。其它步骤及参数与具体实施方式
八至十四之一不相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
八至十七之一不同的是步骤二中热处理采用超声法、溶剂热法、微乳液法或微波法；其中所述超声法的频率为20 30KHz、 功率为300 400瓦、超声时间为2 IOh ；所述溶剂热法的温度为110 220°C，处理时间为2 48h ；所述微乳液法采用油包水；微波法的微波强度为2 6千瓦，反应时间为5 IOmin0其它步骤及参数与具体实施方式
八至十七之一不相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
八至十八之一不同的是步骤三中在温度为60°C的条件下真空干燥Mh，再在温度为200°C、升温速度为1°C/min、及惰性气体保护的条件下焙烧他。其它步骤及参数与具体实施方式
八至十八之一不相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
八至十八之一不同的是步骤三中在温度为80°C的条件下真空干燥池，再在温度为900°C、升温速度为20°C /min、及惰性气体保护的条件下焙烧5min。其它步骤及参数与具体实施方式
八至十八之一不相同。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
八至十八之一不同的是步骤三中在温度为70°C的条件下真空干燥12h，再在温度为800°C、升温速度为20°C /min、及惰性气体保护的条件下焙烧lh。其它步骤及参数与具体实施方式
八至十八之一不相同。
具体实施方式
二十二 本实施方式与具体实施方式
八至二十一之一不同的是步骤三中惰性气体为氮气、氩气、氦气、氮气与氩气的混合、氩气与氮气的混合或氮气与氦气的混合；惰性气体的流量为20 1500ml/min。其它步骤及参数与具体实施方式
八至二十一之一不相同。本实施方式中惰性气体为混合气时按着任意比混合。
具体实施方式
二十三本实施方式石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成方法按以下步骤实现一、按照摩尔比为1 :1:2: 1取稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液；二、通过减压法将稀土盐溶液和膨胀石墨混合，然后在温度为 40°C、搅拌速度为150r/min的条件下，加入表面活性剂溶液和氟源溶液并继续搅拌lh，再进行热处理，获得物质A ；三、物质A用蒸馏水洗涤至流出的溶液pH值为7，然后在温度为 80°C的条件下真空干燥4h，再在温度为200°C、升温速度为1°C/min及惰性气体保护的条件下焙烧5h，即完成石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成；其中步骤一中稀土溶液的浓度为lmol/L ；表面活性剂溶液的浓度为lmol/L ；氟源溶液的浓度为lmol/L ；步骤一中稀土溶液为稀土硝酸盐溶液；稀土硝酸盐溶液中溶质为硝酸钇、硝酸铕、 硝酸铒和硝酸镱的混合，溶剂为水；步骤一中表面活性剂溶液为乙烯基吡咯烷酮和油酸按照体积比1 1混合；步骤一中氟源溶液为阴离子盐溶液；步骤一中阴离子盐溶液中溶质为氟化氢铵，溶剂为水和乙醇的混合。本实施方式中所得石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料，从图1中可见，稀土纳米晶颗粒被成功地插入到石墨烯片层中间；本实施方式中所得石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料，从图2中可见，稀土颗粒的形貌均一，尺寸为2nm 50 μ m ；本实施方式中所得石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的发射和激发光谱如图3所示，可见所合成的复合纳米材料是很好的荧光基质材料。
权利要求
1.石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料，其特征在于石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料由稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液制成；其中稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液的摩尔比为1 (0. 01 10) (0. 1 10) (0. 1 5)；稀土溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；表面活性剂溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；氟源溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；稀土溶液为稀土硝酸盐溶液或稀土氯化物溶液；稀土硝酸盐溶液中溶质为硝酸钇、硝酸钪、硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸铽、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸镱、硝酸镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；稀土氯化物溶液中溶质为氯化钇、氯化钪、氯化镧、氯化铈、氯化镨、氯化钕、氯化钐、氯化铕、氯化钆、氯化铽、氯化镝、氯化钬、氯化铒、氯化铥、氯化镱、氯化镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；表面活性剂溶液为具有固定的亲水亲油基团的阴阳离子表面活性剂溶液、两性离子表面活性剂溶液或非离子表面活性剂溶液；氟源溶液为阴离子盐溶液、氟氢酸溶液、三氟乙酸溶液中的一种或几种的混合；阴离子盐溶液中溶质为氟化铵、氟化氢铵、氟化钠、氟化锂、氟化铵与氟化氢铵的混合、氟化铵与氟化钠的混合、氟化铵与氟化锂的混合、氟化氢铵与氟化钠的混合或氟化氢铵与氟化锂的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料，其特征在于具有固定的亲水亲油基团的阴阳离子表面活性剂溶液中溶质为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化铵、十二醇聚氧乙烯醚基二甲基甲基氯化铵、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基溴化铵、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基氯化铵、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、 十六烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠、N-油酰基多缩氨基酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、 脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。
3.根据权利要求1所述的石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料，其特征在于两性离子表面活性剂溶液中溶质为EO2qPO7qEO2q (P 123)、EO106PO70EO106 (F 127)、月桂基二甲基氧化胺、椰油烷基二甲基氧化胺、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二羟乙基氧化胺、十四烷基二羟乙基氧化胺、十六烷基二羟乙基氧化胺、十八烷基二甲基氧化胺、十八烷基二羟乙基氧化胺中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述的石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料，其特征在于非离子表面活性剂溶液中溶质为聚乙烯基吡咯烷酮、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、构醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚氨酯聚氧丙烯聚氧丙烯醚、聚乙二醇单油酸酯、十八烷基乙烯脲、椰子油还原醇、 十六醇、油醇、鲸蜡醇、壬基酚、辛基酚、辛基甲酚、甘油、季戊四醇、山梨醇、乙醇胺、异丙醇胺、蔗糖、月桂酸、椰子油脂肪酸、十四酸、棕榈酸、油酸和硬脂酸中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。
5.插层剥离合成如权利要求1所述的石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的方法其特征在于石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成方法按以下步骤实现一、按照摩尔比为1 (0.01 10) (0.1 10) (0. 1 5)取稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液；二、通过减压法将稀土盐溶液和膨胀石墨混合，然后在温度为40 90°C、搅拌速度为100 350r/min的条件下，加入表面活性剂溶液和氟源溶液并继续搅拌20min Mh，再进行热处理，获得物质A ；三、物质A用蒸馏水洗涤至流出的溶液pH值为7， 然后在温度为60 80°C的条件下真空干燥3 Mh，再在温度为200 900°C、升温速度为 1 20°C /min及惰性气体保护的条件下焙烧5min 8h，即完成石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成；其中步骤一中稀土溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；表面活性剂溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；氟源溶液的浓度为0. 05 2mol/L ；步骤一中稀土溶液为稀土硝酸盐溶液或稀土氯化物溶液；稀土硝酸盐溶液中溶质为硝酸钇、硝酸钪、硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸铽、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸镱、硝酸镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；稀土氯化物溶液中溶质为氯化钇、氯化钪、氯化镧、氯化铈、氯化镨、氯化钕、氯化钐、氯化铕、氯化钆、氯化铽、氯化镝、氯化钬、氯化铒、氯化铥、氯化镱、氯化镥中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合；步骤一中表面活性剂溶液为具有固定的亲水亲油基团的阴阳离子表面活性剂溶液、两性离子表面活性剂溶液或非离子表面活性剂溶液；步骤一中氟源溶液为阴离子盐溶液、氟氢酸溶液、三氟乙酸溶液中的一种或几种的混合；步骤一中阴离子盐溶液中溶质为氟化铵、氟化氢铵、氟化钠、氟化锂、氟化铵与氟化氢铵的混合、氟化铵与氟化钠的混合、氟化铵与氟化锂的混合、氟化氢铵与氟化钠的混合或氟化氢铵与氟化锂的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。
6.根据权利要求5所述的石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成方法，其特征在于步骤一中具有固定的亲水亲油基团的阴阳离子表面活性剂溶液中溶质为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基二甲基苄基溴化铵、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化铵、 十二醇聚氧乙烯醚基二甲基甲基氯化铵、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基溴化铵、辛基酚聚氧乙烯醚基二甲基癸烷基氯化铵、十六醇聚氧乙烯醚基二甲基辛烷基氯化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠、N-油酰基多缩氨基酸钠、 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。
7.根据权利要求5所述的石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成方法，其特征在于步骤一中两性离子表面活性剂溶液中溶质为EO2ciPO7ciEO2ci(P123)、 EOici6PO7qEOici6 (F127)、月桂基二甲基氧化胺、椰油烷基二甲基氧化胺、十二烷基二甲基氧化胺、十二烷基二羟乙基氧化胺、十四烷基二羟乙基氧化胺、十六烷基二羟乙基氧化胺、十八烷基二甲基氧化胺、十八烷基二羟乙基氧化胺中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。
8.根据权利要求5所述的石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成方法，其特征在于步骤一中非离子表面活性剂溶液中溶质为乙烯基吡咯烷酮、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、构醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚氨酯聚氧丙烯聚氧丙烯醚、聚乙二醇单油酸酯、十八烷基乙烯脲、椰子油还原醇、十六醇、油醇、鲸蜡醇、壬基酚、辛基酚、辛基甲酚、甘油、季戊四醇、山梨醇、乙醇胺、异丙醇胺、蔗糖、月桂酸、椰子油脂肪酸、十四酸、棕榈酸、油酸和硬脂酸中的一种或几种的混合，溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或几种的混合。
9.根据权利要求5、6、7或8所述的石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成方法，其特征在于步骤二中减压法是在温度为15 40°C、压力的相对真空度为 0 -0. 2MPa条件下混合0. 2 4h。
10.根据权利要求9所述的石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料的插层剥离合成方法，其特征在于步骤二中热处理采用超声法、溶剂热法、微乳液法或微波法；其中所述超声法的频率为20 30KHz、功率为300 400瓦、超声时间为2 IOh ；所述溶剂热法的温度为110 220°C，处理时间为2 48h ；所述微乳液法采用油包水；微波法的微波强度为2 6千瓦， 反应时间为5 IOmin。
全文摘要
石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料及其插层剥离合成方法，它涉及石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料及其合成方法。石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料由稀土盐溶液、膨胀石墨、表面活性剂溶液和氟源溶液制成。方法一、取原料；二、将稀土盐溶液和膨胀石墨混合，然后在在加热条件下，加表面活性剂溶液和氟源溶液并搅拌，再进行热处理，获得物质A；三、物质A洗涤后真空干燥，再焙烧，即完成。本发明中石墨烯/稀土氟化物纳米复合材料，稀土纳米晶颗粒被成功地插入到石墨烯片层中间，稀土颗粒的形貌均一，尺寸为2nm～50μm；具有奇特的物理、化学和力学性能，制备的工艺简单、成本低、所需设备简单、生产安全性强，易于实现工业化生产。
文档编号C09K11/85GK102352251SQ20111021635
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者付宏刚, 潘凯, 王国凤, 田国辉, 范乃英, 蒋保江, 陈亚杰 申请人:黑龙江大学