专利名称：应用于光电转化的石墨烯/硫化镉量子点复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于光电转化的石墨烯/硫化镉量子点复合材料的制备方法，属于纳米 无机材料及能量化学领域。
背景技术：
石墨烯(Graphene)是碳元素的一种新的同素异形体，它有比较特殊的蜂窝状二维结构， 由单层碳原子组成的厚度为0.34nm的二维晶体结构。自2004年发现其独立存在以来，引起 了广泛的关注，它不仅有良好的机械性能，也有独特的电学性质，比如无质量的狄拉克费米 子、布里渊散射和超高的电子迁移率，比硅半导体的电子迁移率高100倍，比砷化镓高20倍。 鉴于其优异的机械、电子、物理、化学方面的性能引起了各学科的广泛关注，被认为在广泛 领域具有很大的应用前景，其中包括电子器件、能量存储等。量子点由于其独特的量子尺寸 效应，被广泛的应用于光电领域，比如太阳能电池、发光器件、生物标记等。硫化镉(CdS) 作为一种重要的II-VI族的半导体，具有较好的光学透射比和较窄的能带(为2.42ev)。
我们目的是取两种材料的优势，使硫化镉(CdS)在石墨烯(Graphene)表面生长，利用 硫化镉(CdS)量子点的光学性质实现吸收光子转化成电子，利用石墨烯(Graphene)独特的 电子性质运输电荷，达到光电转化的目的。同时，该复合材料所选原料相对低廉，容易获得， 同时制备方法较简单且容易操作，且光电转化效率高。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于光电转化的石墨烯/硫化镉量子点复合材料的制备方法。
1本发明一种应用于光电转化的石墨烯/硫化镉量子点复合材料的制备方法，其特征在于 具有以下的过程和步骤
a.单层氧化石墨片和单层石墨烯的制备用天然石墨粉为原料，加入一定量的浓硫酸、 过硫酸钾和五氧化二磷，在8(TC下均匀混合，使其反应4.5小时；将混合物冷却至室温，用 去离子水烯释后静置过夜，然后用0.2微米孔的醋酸纤维素膜过滤分离，并用大量去离子水 洗涤，产物在室温下静置过夜；将上述产物即预氧化的石墨边搅拌，边加入冷浓硫酸和高锰 酸钾的混合溶液中，在35"C下搅拌后用去离子水烯释，继续搅拌，再加入一定量的过氧化氢 溶液；然后将上述溶液过滤，并用稀盐酸溶液洗涤除去金属离子，再用去离子水洗涤除去多 余的酸，并多次用水洗涤至中性；最后将产物透析一周，除去残留的金属离子；最终制得氧 化石墨片水溶液；再将其进行超声处理，得到黄褐色的均一分散的单层氧化石墨片溶液；
取上述均一分散的单层氧化石墨片溶液，按一定比例加入于一定量的还原剂水合肼溶液中，在95'C下搅拌15小时，经还原反应后，将所得产物过滤，即得到黑色固体单层石墨烯； b.石墨烯/硫化镉量子点复合材料的制备将上述所得的单层石墨烯为原料，将其与二水 合乙酸镉(Cd(CH3COO)2 2H20)以1: 1的比例均匀分散于一定体积的二甲亚砜溶液中； 单层石墨烯与二水合乙酸镉的配合用量的摩尔比为1: 1; 二甲亚砜溶液的用量以石墨烯的质 量为计算基准，即每1毫克石墨烯需加入1毫升二甲亚砜溶液；在经超声处理一段时间后， 将其转移到反应釜中，在150 20(TC下退火8 16小时，产物经丙酮和乙醇反复多次洗洗后， 干燥，即得石墨烯/硫化镉量子点复合材料。
本发明的特点是使用二甲亚砜，既作为溶液，又作为硫源；得到的复合材料中，硫化镉 量子点和石墨烯片之间不需要其他分子来共价连接。本发明所得的原料相对低廉，容易获得， 同时制备工艺简单，操作方便，且产物复合材料的光电转化效率较高。
图1为本发明所得单层氧化石墨片的原子力显微镜(AFM)照片图。 图2为本发明所得石墨烯顺化镉复合材料的透射电子显微镜(TEM)照片图。 图3为本发明所得石墨烯/硫化镉复合材料的X射线衍射(XRD)谱图。 图4为本发明所得石墨烯/硫化镉复合材料的热重和差示扫描量热分析(TG-DSC)数据
曲线图。
具体实施例方式
现将本发明的 具体实施例进一步说明于后。
实施例l
本实施例中的过程和步骤如下
1、单层氧化石墨片和单层石墨烯的制备用天然石墨粉为原料，取3克、325目细度的 天然石墨粉，加入12毫升浓硫酸，2.5克过硫酸钾和2.5克五氧化二磷，在80'C下均匀混合， 使其反应4.5小时；将混合物冷却至室温，用去离子水烯释后静置过夜，然后用0.2微米孔的 醋酸纤维素膜过滤分离，并用大量去离子水洗涤，产物在室温下静置过夜；将上述产物即预 氧化的石墨边搅拌，边缓慢加入冷浓的O'C的浓硫酸120毫升和高锰酸钾15克组成的混合溶 液中，在35'C下横拌2小时后用250毫升去离子水烯释，继续搅拌2小时后再加入700毫升 的离子水，再经搅拌后加入20毫升过氧化氢溶液；然后将上述溶液过滤，并用h IO的稀盐 酸溶液洗涤除去金属离子，再用去离子水洗涤除去多余的酸，并多次用大量的水洗涤至中性; 最后将产物透析一周，除去残留的金属离子；最终得到氧化石墨片水溶液；再将其进行超声 处理20分钟，得到黄褐色的均一分散的单层氧化石墨片溶液；取上述均一分散的单层氧化石墨片溶液，按一定比例加入于一定量的还原剂水合肼溶液 中，在95"下搅拌15小时，经还原反应后，将所得产物过滤，即得到黑色固体单层石墨烯；
2、石墨烯/硫化镉量子点复合材料的制备将上述所得的单层石墨烯为原料，将其与二 水合乙酸镉(Cd(CH3COO)2 2H20)以l: 1的比例均匀分散于一定体积的二甲亚砜溶液中； 单层石墨烯与二水合乙酸镉的配合用量的摩尔比为1: 1; 二甲亚砜溶液的用量以石墨烯的质 量为计算基准，即每l毫克石墨烯需加入l毫升二甲亚砜溶液；在经超声处理一段时间后， 将其转移到反应釜中，在180'C下退火12小时，产物经丙酮和乙醇反复多次洗洗后，干燥， 即得石墨烯/硫化镉量子点复合材料。 实施例2
本实施例中的制备过程和步骤与上述实施例1完全相同。不同的是在反应釜中还火温 度为150。C，退火时间为8小时，最终制得复合材料。 实施例3
本实施例中的制备过程和步骤与上述实施例1完全相同。不同的是在反应釜中还火温
度为20(TC，退火时间为16小时，最终制得复合材料。
本实施例中所得到的石墨烯/硫化镉复合材料样品，经各项仪器检测，其检测结果见附图 中的图1、图2、图3和图4。
图1为本发明实施例中所得单层氧化石墨片的原子力显微镜(AFM)照片图。从图中可 见，本实施例中所得的氧化石墨溶液中的石墨粒子为单层片状微晶结构。
图2为本发明实施例中所得石墨烯/硫化镉复合材料的透射电子显微镜(TEM)照片图。 从图中可见，所得复合材料的纳米颗粒形态。
图3为本发明实施例中所得石墨烯/硫化镉复合材料的X射线衍射(XRD)谱图。图中的 峰值处表示有石墨烯和CdS的存在。
图4为本发明实施例中所得石墨烯/硫化镉复合材料的热重和差示扫描量热分析 (TG-DSC)数据曲线图。
权利要求
1、一种应用于光电转化的石墨烯/硫化镉量子点复合材料的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤a.单层氧化石墨片和单层石墨烯的制备用天然石墨粉为原料，加入一定量的浓硫酸、过硫酸钾和五氧化二磷，在80℃下均匀混合，使其反应4.5小时；将混合物冷却至室温，用去离子水烯释后静置过夜，然后用0.2微米孔的醋酸纤维素膜过滤分离，并用大量去离子水洗涤，产物在室温下静置过夜；将上述产物即预氧化的石墨边搅拌，边加入冷浓硫酸和高锰酸钾的混合溶液中，在35℃下搅拌后用去离子水烯释，继续搅拌，再加入一定量的过氧化氢溶液；然后将上述溶液过滤，并用稀盐酸溶液洗涤除去金属离子，再用去离子水洗涤除去多余的酸，并多次用水洗涤至中性；最后将产物透析一周，除去残留的金属离子；最终制得氧化石墨片水溶液；再将其进行超声处理，得到黄褐色的均一分散的单层氧化石墨片溶液；取上述均一分散的单层氧化石墨片溶液，按一定比例加入于一定量的还原剂水合肼溶液中，在95℃下搅拌15小时，经还原反应后，将所得产物过滤，即得到黑色固体单层石墨烯；b.石墨烯/硫化镉量子点复合材料的制备将上述所得的单层石墨烯为原料，将其与二水合乙酸镉(Cd(CH3COO)2·2H2O)以1∶1的比例均匀分散于一定体积的二甲亚砜溶液中；单层石墨烯与二水合乙酸镉的配合用量的摩尔比为1∶1；二甲亚砜溶液的用量以石墨烯的质量为计算基准，即每1毫克石墨烯需加入1毫升二甲亚砜溶液；在经超声处理一段时间后，将其转移到反应釜中，在150～200℃下退火8～16小时，产物经丙酮和乙醇反复多次洗洗后，干燥，即得石墨烯/硫化镉量子点复合材料。
全文摘要
本发明涉及一种应用于光电转化的石墨烯/硫化镉量子点复合材料的制备方法。属于纳米无机材料及能量化学领域。本发明方法的要点是取一定量的石墨粉，在强烈的氧化条件下将其氧化得到的氧化石墨，将其配制成一定浓度的单层氧化石墨片溶液，然后在水合肼还原剂溶液中，在95℃下搅拌15小时，得到还原产物，即为单层石墨烯黑色固体；将所述石墨烯固体与二水合乙酸镉以摩尔比1∶1配合成混合物，分散于一定体积的二甲亚砜溶液中，并在超声处理一段时间后，将其转到反应釜中，在150～200℃下退火8～16小时，产物经丙酮和乙醇反复多次洗涤后即得到石墨烯/硫化镉量子点复合材料。本发明所得产物可用作光电转化材料，其能量转化率较高。
文档编号B82B3/00GK101559918SQ20091005033
公开日2009年10月21日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者振 刘, 刘元方, 吴明红, 常艳丽, 曹傲能, 范承伟 申请人:上海大学