一種熔融鹽焙燒法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于化工方法的設(shè)計(jì)與研究開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熔融鹽焙燒法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法，該方法包括下述步驟：（1）取一定量的納米催化劑金屬離子溶解于去離子水中，向其中加入納米催化劑金屬離子化合價(jià)倍數(shù)物質(zhì)的量的油酸鈉，70?90℃老化2?4h，備用；（2）向步驟（1）中制備好的產(chǎn)物中加入40?60倍納米催化劑金屬離子的量的硫酸鈉，研磨后將產(chǎn)物加熱至500?900℃，加熱升溫速率為10℃·min?1，在氮?dú)鈿夥障卤Ｗo(hù)下保溫2?4h；（3）對步驟（2）中獲得的產(chǎn)物進(jìn)行降溫，然后用去離子水將鹽洗凈，將制備獲得的產(chǎn)物置于烘箱中80?120℃干燥4?7h，即可得到金屬氧化物/Graphene復(fù)合物。本方法，能快速有效合成金屬氧化物/石墨烯納米復(fù)合物。
【專利說明】
一種熔融鹽焙燒法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于化工方法的設(shè)計(jì)與研究開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熔融鹽焙燒法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯具有許多優(yōu)異的性質(zhì)。例如:石墨烯是目前世界上最薄的材料(厚度
0.335nm)，最堅(jiān)固的材料(楊氏模量為1060GPa)，理論比表面積高達(dá)(2630m2.g-工)，具有良好的導(dǎo)電性能(5000W.m—1.K—1)，以及室溫下高速的電子迀移率(200000cm2.V—1.S—1)。同時(shí)，石墨烯獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)使其具有獨(dú)特的量子隧道效應(yīng)、半整數(shù)的量子霍爾效應(yīng)、雙極電場效應(yīng)、從不消失的電導(dǎo)率等特殊的性質(zhì)，引起了科學(xué)界巨大興趣。全世界正掀起一股石墨烯研究的熱潮。石墨烯的電子結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)也非常獨(dú)特。石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)中價(jià)帶和導(dǎo)帶在費(fèi)米能級的六個(gè)頂點(diǎn)上相交，從這個(gè)意義上說，石墨烯是一種沒有能隙的物質(zhì)，顯示金屬性。在單層石墨烯中，每個(gè)碳原子都貢獻(xiàn)出一個(gè)未成鍵的電子，這些電子可以在晶體中自由移動，賦予石墨烯非常好的導(dǎo)電性。石墨烯中電子的典型傳導(dǎo)速率達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般半導(dǎo)體的傳導(dǎo)速度。
[0003]金屬/石墨稀(Graphene)納米復(fù)合材料是通過將金屬納米粒子分散在石墨稀片上形成的。目前，該類復(fù)合材料的研究主要集中在用Au、R、Pd、Ag等貴金屬納米粒子修飾石墨烯。這雖然可以增強(qiáng)金屬催化劑的活性，減少貴金屬的消耗;但是貴金屬仍然十分昂貴，同時(shí)又十分稀缺，找到普通金屬同時(shí)又性能優(yōu)良的金屬氧化物/石墨烯納米復(fù)合材料具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0004]目前，在金屬氧化物/石墨烯復(fù)合物的制備方面，大家主要采用物理方法，得到的復(fù)合物提高了金屬氧化物的儲能、場發(fā)射、光電等性能。例如= Park課題組用氣相沉積法將規(guī)則的金屬氧化物納米棒陳列沉積到石墨稀薄膜上形成的ZnO/Graphene異質(zhì)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性質(zhì)。測試結(jié)果表明當(dāng)開路電壓為IV時(shí)其電流達(dá)到1.1mA，光學(xué)透射比達(dá)70%—SO1^Zheng等采用等離子增強(qiáng)氣相沉積法制備了ZnO/Graphene異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其場發(fā)射性質(zhì)與純的金屬氧化物和純石墨稀相比，得到很大的提高。然而，上述制備金屬氧化物/Graphene復(fù)合物的方法都需要昂貴的儀器設(shè)備、高溫高壓等及其復(fù)雜的反應(yīng)條件。而溶液法是一種簡便、成本低廉的有效方法，廣泛用于制備納米材料及基于石墨烯的復(fù)合物

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是:為了解決金屬氧化物/石墨烯(Graphene)復(fù)合物的方法都需要昂貴的儀器設(shè)備、高溫高壓等及其復(fù)雜反應(yīng)條件的技術(shù)問題，提供一種簡便的方法，能快速有效合成金屬氧化物/石墨稀納米復(fù)合物。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種熔融鹽焙燒法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法，該方法包括下述步驟:(I)取一定量的納米催化劑金屬離子溶解于去離子水中，向其中加入納米催化劑金屬離子化合價(jià)倍數(shù)物質(zhì)的量的油酸鈉，70-900C老化2-4h，備用；(2)向步驟(I)中制備好的產(chǎn)物中加入40-60倍納米催化劑金屬離子的量的硫酸鈉，研磨后將產(chǎn)物加熱至500-900°C，加熱升溫速率為10°C.min-1，在氮?dú)鈿夥障卤Ｗo(hù)下保溫2_4h; (3)對步驟(2)中獲得的產(chǎn)物進(jìn)行降溫，然后用去離子水將鹽洗凈，將制備獲得的產(chǎn)物置于烘箱中80-120°C干燥4-7h，S卩可得到金屬氧化物/Graphene復(fù)合物。所述的納米催化劑金屬離子是指Zn或Zr或In或Sn金屬氧化物，納米催化劑金屬離子的粒徑范圍在I?100納米。所述油酸鈉，其生產(chǎn)廠家為TCI，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%。步驟(2)中所述的硫酸鈉為粉末狀，其生產(chǎn)廠家為Aldrich，質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%。
[0006]有益效果:本發(fā)明提供了一種簡便的方法，能快速有效合成金屬氧化物/石墨烯納米復(fù)合物。將金屬氧化物納米粒子負(fù)載于氧化石墨烯表面，有效達(dá)到阻止了還原后的石墨烯片的團(tuán)聚，從而形成形貌均一的金屬氧化物/石墨烯納米復(fù)合物。
【附圖說明】
[0007]圖1為所合成的Zn/Graphene復(fù)合物的TEM圖；圖2為所合成的Zn/Graphene復(fù)合物的XRD圖；圖3為所合成的Zr/Graphene復(fù)合物的TEM圖；圖4為所合成的Zr/Graphene復(fù)合物的XRD圖；圖5為所合成的In/Graphene復(fù)合物的TEM圖；圖6為所合成的In/Graphene復(fù)合物的XRD圖；圖7為所合成的Sn/Graphene復(fù)合物的TEM圖；圖8為所合成的Sn/Graphene復(fù)合物的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]實(shí)施例1、一種熔融鹽焙燒法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法，該方法包括下述步驟:(1)稱取1.314g Zn(CH3COO)2.2H20(6mmol)，溶解于4mL的去離子水中，向其中加入3.648 g油酸鈉(12mmol，TCI，質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%)；把產(chǎn)物在85°C下老化3h ； (2)然后加入50g硫酸鈉粉末(Na2SO4, Aldrich，98%)，后用瑪瑙研缽研磨lh，取1/4研磨后產(chǎn)物加熱到600°C，加熱升溫速率為10°C.HiirT1，在氮?dú)鈿夥障卤Ｗo(hù)，600°C下在持續(xù)保溫3h;(3)降溫后用去離子水將鹽洗凈，將產(chǎn)物置于烘箱中100°C干燥6h，產(chǎn)物為Zn/Graphene復(fù)合物。TEM圖為圖1，XRD圖為圖2。
[0009]實(shí)施例2、一種熔融鹽焙燒法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法，該方法包括下述步驟:(1)稱取2.034g Zr(N03)4(6mmol)，溶解于4mL的去離子水中，向其中加入7.296g油酸鈉(24mmo I,TCI,質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%)；把產(chǎn)物在85 °C下老化3h ； (2)然后加入50g硫酸鈉粉末(他230441(^(*，98%)，后用瑪瑙研缽研磨111，取1/4研磨后產(chǎn)物加熱到600°(:，加熱升溫速率為10°C.HiirT1，在氮?dú)鈿夥障卤Ｗo(hù)，600°C下在持續(xù)保溫3h;(3)降溫后用去離子水將鹽洗凈，將產(chǎn)物置于烘箱中100 °C干燥6h，產(chǎn)物為Zr/Graphene復(fù)合物。TEM圖為圖3，XRD圖為圖4。
[0010]實(shí)施例3、一種熔融鹽焙燒法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法，該方法包括下述步驟:(1)稱取1.806gZIn(N03)3.4H20(6mmol)，溶解于4mL的去離子水中，向其中加入5.472g油酸鈉(18 mmol，TCI，質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%)；把產(chǎn)物在85°C下老化3h ； (2)然后加入50g硫酸鈉粉末(Na2S04，Aldrich，98%)，后用瑪瑙研缽研磨lh，取1/4研磨后產(chǎn)物加熱到600°C，加熱升溫速率為10°C.HiirT1，在氮?dú)鈿夥障卤Ｗo(hù)，600°C下在持續(xù)保溫3h;(3)降溫后用去離子水將鹽洗凈，將產(chǎn)物置于烘箱中100 °C干燥6h;產(chǎn)物為In/Graphene復(fù)合物。TEM圖為圖5，XRD圖為圖6ο
[0011]實(shí)施例4、一種熔融鹽焙燒法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法，該方法包括下述步驟:(1)稱取2.106g SnCl4.5H20(6mmol)，溶解于4mL的去離子水中，向其中加入7.296 g油酸鈉(24mmol，TCI，質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%);把產(chǎn)物在85°C下老化3h;(2)然后加入50g硫酸鈉粉末(Na2S04，Aldrich，98%)，后用瑪瑙研缽研磨lh，取1/4研磨后產(chǎn)物加熱到600°C，加熱升溫速率為10°C.HiirT1，在氮?dú)鈿夥障卤Ｗo(hù)，600°C下在持續(xù)保溫3h;(3)降溫后用去離子水將鹽洗凈，將產(chǎn)物置于烘箱中100 °C干燥6h;產(chǎn)物為Sn/Graphene復(fù)合物。TEM圖為圖7，XRD圖為圖8。
[0012]本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容是將金屬離子溶解于去離子水中，向其中加入適量油酸鈉，提供碳源，老化3h，使其絡(luò)合更充分;后加入適量的硫酸鈉研磨做粒子的表面活性劑，研磨后產(chǎn)物加熱到600°C左右，加熱升溫速率為10°C.min'1，在氮?dú)鈿夥障卤Ｗo(hù)，在該溫度下在持續(xù)保溫3h，降溫后用去離子水將鹽洗凈，將產(chǎn)物置于烘箱中100°C干燥6h，即得到產(chǎn)物為金屬氧化物/Graphene復(fù)合物。
[0013]通過上述簡便的方法，能快速有效合成金屬氧化物/石墨稀納米復(fù)合物。將金屬氧化物納米粒子負(fù)載于氧化石墨烯表面，有效阻止了還原后的石墨烯片的團(tuán)聚;從而形成形貌均一的金屬氧化物/石墨烯納米復(fù)合物。通過研究不同的金屬氧化物對復(fù)合物形成的影響，進(jìn)一步探討了金屬氧化物/石墨稀納米復(fù)合物的形成機(jī)理，為金屬氧化物/石墨稀納米復(fù)合物應(yīng)用于光電材料領(lǐng)域提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熔融鹽焙燒法合成負(fù)載型納米復(fù)合材料的方法，其特征在于:該方法包括下述步驟:(I)取一定量的納米催化劑金屬離子溶解于去離子水中，向其中加入納米催化劑金屬離子化合價(jià)倍數(shù)物質(zhì)的量的油酸鈉，70-900C老化2-4h，備用；(2)向步驟(I)中制備好的產(chǎn)物中加入40-60倍納米催化劑金屬離子的量的硫酸鈉，研磨后將產(chǎn)物加熱至500-900 °C，加熱升溫速率為10°C.min—1，在氮?dú)鈿夥障卤Ｗo(hù)下保溫2-4h;(3)對步驟(2)中獲得的產(chǎn)物進(jìn)行降溫，然后用去離子水將鹽洗凈，將制備獲得的產(chǎn)物置于烘箱中80-120°C干燥4-7h，即可得到金屬氧化物/Graphene復(fù)合物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的納米催化劑金屬離子是指Zn或Zr或In或Sn金屬氧化物，納米催化劑金屬離子的粒徑范圍在I?100納米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述油酸鈉，其生產(chǎn)廠家為TCI，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 95%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的硫酸鈉為粉末狀，其生產(chǎn)廠家為Aldrich，質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%。
【文檔編號】C01G9/02GK105858713SQ201610204056
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】宿新泰, 曹國梁, 崔成平, 黑進(jìn)城, 張婉琪, 梁小玉, 王吉德
【申請人】新疆大學(xué)