專利名稱：以氧化石墨為原料一步法直接制備石墨烯/硫化鎘量子點納米復合材料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以氧化石墨為原料一步法直接制備石墨烯/硫化鎘量子點納米復合材料 的方法，屬于納米無機材料、光電轉化能量化學技術領域。
背景技術：
自2004年發(fā)現(xiàn)其獨立存在以來，石墨烯(Graphene)作為碳元素的一種新的同素異形體， 它有比較特殊的蜂窩狀二維結構，由單層碳原子組成，它不僅有良好的機械性能，也有獨特 的電學性質，雖然發(fā)現(xiàn)時間不長，己經引起越來越多科學人士的關注。鑒于其優(yōu)異的機械、 電子、物理、化學方面的性能引起了各學科的廣泛關注，被認為在廣泛領域具有很大的應用 前景，其中包括電子器件、能量存儲等。量子點由于其獨特的量子尺寸效應，被廣泛的應用 于光電領域，比如太陽能電池、發(fā)光器件、生物標記等。硫化鎘(CdS)作為一種重要的II-VI 族的半導體，具有較好的光學透射比和較窄的能帶(為2.42ev)。
我們目的是取兩種材料的優(yōu)勢，使硫化鎘(CdS)在石墨烯(Graphene)表面生長，利用 硫化鎘(CdS)量子點的光學性質實現(xiàn)吸收光子轉化成電子，利用石墨烯(Graphene)獨特的 電子性質運輸電荷，達到光電轉化的目的。
盡管石墨烯具有極其優(yōu)異的特性，但其制備非常困難，現(xiàn)有方法產率都很低，而且單層 石墨烯很容易聚集，使得石墨烯功能材料的制備成本非常高，而且制備的產品中單層石墨烯 含量很少。本發(fā)明跳過石墨烯制備的步驟，以成本低廉、容易的得到穩(wěn)定單層結構的氧化石 墨烯為原料，在進行氧化石墨烯功能化的同時，完成對其的還原，從而得到優(yōu)異的、單層結 構的石墨烯納米功能材料。同時該制備方法較簡單且容易操作。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種以氧化石墨為原料一步法直接制備石墨烯/硫化鎘量子點納米 復合材料的方法。本發(fā)明的另一目的是簡化工藝即跳過石墨烯制備工序，以氧化石墨或氧化 石墨烯直接制備納米石墨烯復合材料。
本發(fā)明一種以氧化石墨為原料一步法直接制備石墨烯/硫化鎘量子點納米復合材料的方 法，其特征在于具有以下的過程和步驟
a.氧化石墨和氧化石墨烯溶液的制備用天然石墨粉為原料，加入一定量的濃硫酸、過 硫酸鉀和五氧化二磷，在8(TC下均勻混合，使其反應4.5小時；將混合物冷卻至室溫，用去離子水烯釋后靜置過夜，然后用0.2微米孔的醋酸纖維素膜過濾分離，并用大量去離子水洗 滌，產物在室溫下靜置過夜；將上述產物即預氧化的石墨邊攪拌、邊加入冷濃硫酸和高錳酸 鉀的混合溶液中，在35'C下攪拌后用去離子水烯釋，繼續(xù)攪拌，再加入一定量的過氧化氫溶 液；然后將上述溶液過濾，并用稀鹽酸溶液洗滌除去金屬離子，再用去離子水洗滌除去多余 的酸，并多次用水洗滌至中性；最后將產物透析一周，除去殘留的金屬離子；最終制得氧化 石墨水溶液，再經超聲處理，得到無雜質均一分散的氧化石墨烯溶液；
b.石墨烯/硫化鎘量子點納米復合材料的制備將上述所得的氧化石墨烯溶液為原料，在 氧化石墨溶液中加入一定量的二水合乙酸鎘(Cd(CH3COO)2 2H20)，其兩者的用量以摩爾 質量比計算，即氧化石墨二水合乙酸鎘=1: 1;將所述混合物均勻分散于一定體積的二甲亞 砜溶液中；二甲亞砜溶液的用量以氧化石墨的質量為計算基準，即每1毫克氧化石墨需加入 l毫升的二甲亞砜溶液；在進行超聲15分鐘后，轉移到高溫反應釜中，在150 20(TC下退火 8 16小時；產物經丙酮和乙醇反復多次洗洗后，干燥，即得石墨烯/硫化鎘量子點納米復合 材料。
本發(fā)明的特點是在制備過程中省略跳過了石墨烯獨立的制備步驟，氧化石墨或氧化石
墨烯的還原與復合材料的生成是同步或一步完成的；在氧化石墨或氧化石墨烯還原或石墨烯
的同時，硫化鎘量子點己經生長到石墨烯上面了。因此本發(fā)明方法主要優(yōu)點是能大大降低制 造成本。本發(fā)明方法工藝簡單且容易操作。本發(fā)明方法所得的復合材料可用作新型光電轉化 材料，其能量轉化效率較高。
圖1是本發(fā)明中所得單層氧化石墨片原子X顯微鏡(AFM)照片圖。 圖2是本發(fā)明中所制得石墨烯/硫化鎘復合材料樣品的透射電子顯微鏡(TEM)照片圖。 圖3是本發(fā)明中所制得石墨烯/硫化鎘復合材料樣品的X射線衍射(XRD)圖譜。 圖4是本發(fā)明中所制得石墨烯/硫化鎘復合材料和氧化石墨烯樣品的熱重分析(TG)數據
曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。
實施例l
本實施例中的制備過程和步驟如下
1、氧化石墨和氧化石墨烯溶液的制備用天然石墨粉為原料，取3克、325目細度的天 然石墨粉，加入12毫升濃硫酸、2.5克過硫酸鉀和2.5克五氧化二磷，在8(TC下均勻混合，使其反應4.5小時；將混合物冷卻至室溫，用去離子水烯釋后靜置過夜，然后用0.2微米孔的 醋酸纖維素膜過濾分離，并用大量去離子水洗滌，產物在室溫下靜置過夜；將上述產物即預 氧化的石墨邊攪拌、邊緩慢加入冷卻的0'C的濃硫酸120毫升和高錳酸鉀15克組成的混合溶 液中，在35'C下攪拌2小時后用250毫升去離子水烯釋，繼續(xù)攪拌2小時后再加入700毫升 去離子水，再經攪拌后加入20毫升過氧化氫溶液；然后將上述溶液過濾，并用l: IO的稀鹽 酸溶液洗滌除去金屬離子，再用去離子水洗滌除去多余的酸，并多次用大量的水洗滌至中性； 最后將產物透析一周，除去殘留的金屬離子；最終制得氧化石墨水溶液，再經超聲處理30分 鐘，得到無雜質均一分散的氧化石墨烯溶液；
2、石墨烯/硫化鎘量子點納米復合材料的制備將上述所得的氧化石墨溶液為原料，取 濃度為0.5mg/ml的氧化石墨溶液，加入一定量的二水合乙酸鎘(Cd(CH3COO)2 2H20)，其 兩者的用量以摩爾質量比計算，即氧化石墨二水合乙酸鎘-l: h將所述混合物均勻分散于 一定體積的二甲亞砜溶液中；二甲亞砜溶液的用量以氧化石墨的質量為計算基準，即每l毫 克氧化石墨需加入l毫升的二甲亞砜溶液；在進行超聲15分鐘后，轉移到高溫反應釜中，在 18(TC下退火12小時；產物經丙酮和乙醇反復多次洗洗后，干燥，即得石墨烯/硫化鎘量子點
納米復合材料。
實施例2
本實施例中的制備過程和步驟與上述實施例1完全相同。不同的是在高溫反應釜中退 火溫度為15(TC，退火時間為8小時，最終制得復合材料。 實施例3
本實施例中的制備過程和步驟與上述實施例1完全相同。不同的是在高溫反應釜中退
火溫度為20(TC，退火時間為16小時，最終制得復合材料。
本實施例中所得到的石墨烯/CdS復合材料樣品，經各項儀器檢測，其檢測結果見附圖中 的圖1、圖2、圖3和圖4。
圖1為本發(fā)明實施例中所得單層氧化石墨片的原子X顯微鏡(AFM)照片圖。從圖中可 見，本實施例中所得的氧化石墨溶液中的石墨粒子為片狀微晶結構。
圖2為本發(fā)明實施例中所得石墨烯/硫化鎘復合材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片圖。 從圖中可見，所得復合材料的納米顆粒形態(tài)。
圖3為本發(fā)明實施例中所得石墨烯/硫化鎘復合材料的X射線衍射(XRD)譜圖。圖中的 峰值處表示有石墨烯和CdS的存在。
圖4為本發(fā)明實施例中所得石墨烯/硫化鎘復合材料和氧化石墨烯樣品的熱重分析(TG)數據曲線圖。
權利要求
1、一種以氧化石墨為原料一步法直接制備石墨烯/硫化鎘量子點納米復合材料的方法，其特征在于具有以下的過程和步驟a.氧化石墨溶液的制備用天然石墨粉為原料，加入一定量的濃硫酸、過硫酸鉀和五氧化二磷，在80℃下均勻混合，使其反應4.5小時；將混合物冷卻至室溫，用去離子水烯釋后靜置過夜，然后用0.2微米孔的醋酸纖維素膜過濾分離，并用大量去離子水洗滌，產物在室溫下靜置過夜；將上述產物即預氧化的石墨邊攪拌、邊加入冷濃硫酸和高錳酸鉀的混合溶液中，在35℃下攪拌后用去離子水烯釋，繼續(xù)攪拌，再加入一定量的過氧化氫溶液；然后將上述溶液過濾，并用稀鹽酸溶液洗滌除去金屬離子，再用去離子水洗滌除去多余的酸，并多次用水洗滌至中性；最后將產物透析一周，除去殘留的金屬離子；最終制得氧化石墨水溶液，再經超聲處理，得到無雜質均一分散的氧化石墨溶液；b.石墨烯/硫化鎘量子點納米復合材料的制備將上述所得的氧化石墨溶液為原料，在氧化石墨溶液中加入一定量的二水合乙酸鎘(Cd(CH3COO)2·2H2O)，其兩者的用量以摩爾質量比計算，即氧化石墨∶二水合乙酸鎘＝1∶1；將所述混合物均勻分散于一定體積的二甲亞砜溶液中；二甲亞砜溶液的用量以氧化石墨的質量為計算基準，即每1毫克氧化石墨需加入1毫升的二甲亞砜溶液；在進行超聲15分鐘后，轉移到高溫反應釜中，在150～200℃下退火8～16小時；產物經丙酮和乙醇反復多次洗洗后，干燥，即得石墨烯/硫化鎘量子點納米復合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以氧化石墨為原料一步法直接制備石墨烯/硫化鎘量子點納米復合材料的方法。本發(fā)明提供了一種簡化的工藝方法，即省略和跳過了石墨烯的獨立的制備步驟，氧化石墨或氧化石墨烯的還原與復合材料的生成是同步或一步完成的；在氧化石墨或氧化石墨烯還原成石墨烯的同時，硫化鎘量子點已經生長到石墨烯上面了。因此本發(fā)明可大大降低復合材料的制造成本。本發(fā)明方法所制得的石墨烯/硫化鎘復合材料可用作新型光電轉化材料，其能量轉化效率較高。
文檔編號B82B3/00GK101559919SQ20091005033
公開日2009年10月21日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權日2009年4月30日
發(fā)明者振 劉, 劉元方, 吳明紅, 曹傲能, 蔡正偉, 琳 陳 申請人:上海大學