專利名稱：一種醇熱法制備石墨烯/Fe₃O₄復(fù)合粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的制備領(lǐng)域，特別是涉及一種醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是2004年被發(fā)現(xiàn)的一種新型二維平面碳納米材料，其特殊的單原子層結(jié) 構(gòu)決定了它具有豐富且新奇的物理性能。過去幾年里，石墨烯已經(jīng)成為了備受矚目的研究 熱點(diǎn)。研究表明，石墨烯具有超薄、超堅(jiān)固和超強(qiáng)導(dǎo)電性能等特性，可望在納米電子器件、復(fù) 合材料、能量存儲以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。近年來研究者發(fā)現(xiàn)，石墨烯基復(fù)合材料可以顯著提高復(fù)合物的硬度、電導(dǎo)率等性 能。G. Williams等在ACS Nano 2 (2008) 1487-1491上報(bào)道了利用TiO2的光催化作用還原氧 化石墨制備得到石墨烯/TiO2復(fù)合物，2. 6 4nm的TiO2顆粒附著在大約2. 2nm厚的石墨烯 片上。Y. J. Kin等在Applied Physics Letters 95 (2009) 213101-1-213101-3 上報(bào)道了利用 氣相外延法使ZnO納米棒垂直生長在石墨烯表面。Y. Fan等在Carbon 48(2010) 1743-1749 上報(bào)道了采用機(jī)械球磨法制備得到石墨烯/Al2O3復(fù)合物粉末，將Al2O3的電導(dǎo)率提高了 13 16個數(shù)量級。除此之外，由于鐵氧體優(yōu)異的磁性能以及其在生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，石墨 烯與鐵氧體的復(fù)合物也逐漸倍受關(guān)注。H. P. Cong等在Small 6(2) (2010) 169-173上報(bào)道 了將氧化石墨熱還原制備得到石墨烯后再與Fe3O4進(jìn)行復(fù)合制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合物的方 法。然而目前制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合物的方法主要存在以下缺陷工藝步驟較多、成 本較高，而且所制得的Fe3O4結(jié)晶不完全。因此尋找一步法制備結(jié)晶好、不易團(tuán)聚、磁化強(qiáng)度 較高的石墨烯/Fe3O4復(fù)合物成為研究的熱點(diǎn)。目前未見采用醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合 粉體的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的方 法，該制備方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；所制備的石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體中Fe3O4晶相純、不 易團(tuán)聚、與石墨烯復(fù)合良好、在石墨烯表面與層中分散性好，復(fù)合粉體電阻率小、磁化強(qiáng)度 尚ο本發(fā)明的一種醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的方法，包括(1)反應(yīng)液的配置在室溫下，稱取質(zhì)量比為1 1 1 100的氧化石墨、鐵鹽，分散到濃度為 98wt% 99. 5襯％的乙二醇溶液中，待完全溶解后加入為乙二醇體積1/50 1/25的聚乙 二醇，再加入與鐵鹽中Fe3+的摩爾數(shù)之比為8 1 12 1的無水乙酸鈉，攪拌，使上述物 質(zhì)溶解，形成反應(yīng)液；
(2)溶劑熱反應(yīng)將上述反應(yīng)液放入反應(yīng)釜中，升溫至180 220°C，反應(yīng)8 16h ；(3)石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的收集與洗滌冷卻至室溫，用磁鐵收集產(chǎn)物，去離子水洗滌產(chǎn)物，烘干即得。所述步驟(1)中的鐵鹽為六水合三氯化鐵FeCl3 · 6H20o所述步驟(1)中的鐵鹽與乙二醇的質(zhì)量體積比為Ig 20 1000ml。所述步驟(1)中的聚乙二醇的分子量為200 1000。所述步驟(1)中的攪拌速度為300 600轉(zhuǎn)/min，時間為20 40min。所述步驟(3)中的烘干溫度為40 80°C，時間為12 24h。通過調(diào)節(jié)氧化石墨、鐵鹽的比例，得到不同組成的石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體。本制備方法相對于普通的液相法，磁性納米顆粒在有機(jī)相中更穩(wěn)定，不易生成雜 質(zhì)相。由于在液相中，磁性納米粒子因受到溶液離子強(qiáng)烈的靜電吸引力的作用極易團(tuán)聚，因 此本方法選用靜電穩(wěn)定性好的無水乙酸鈉作為堿性試劑加入，以防止Fe3O4的大規(guī)模團(tuán)聚。有益效果(1)本發(fā)明的制備方法簡單，對生產(chǎn)設(shè)備要求低，易于工業(yè)化生產(chǎn)；(2)所制備的石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體中Fe3O4晶相純、不易團(tuán)聚、與石墨烯復(fù)合良 好、在石墨烯表面與層中分散性好，復(fù)合粉體電阻率小、磁化強(qiáng)度高。


圖1為合成粉體的透射電鏡照片；圖2為合成粉體的高分辨透射電鏡照片；圖3為合成粉體的X射線衍射圖；圖4為合成粉體的磁滯回線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。實(shí)施例1稱取500mg高氯化鐵、50mg氧化石墨，加入三頸燒瓶，再加入50ml乙二醇，充分 攪拌。再加入0. 92g無水乙酸鈉、1. 5ml聚乙二醇200、在轉(zhuǎn)數(shù)為500轉(zhuǎn)/分鐘下機(jī)械攪拌 30min，待完全溶解后，再將上述溶液倒入反應(yīng)釜中，升溫至200°C，反應(yīng)12h。反應(yīng)結(jié)束，用 磁鐵收集產(chǎn)物，并用去離子水洗滌產(chǎn)物，然后將產(chǎn)物在60°C下干燥16h，得到石墨烯/Fe3O4 復(fù)合粉體。圖1為本實(shí)施例合成粉體的透射電鏡照片，可以看出=Fe3O4納米微球粒徑在 100 200nm，F(xiàn)e3O4納米微球均勻地附著在石墨烯表面與層間，沒有觀察到游離于石墨烯 之外的Fe3O4顆粒。圖2為本實(shí)施例合成粉體的高分辨透射電鏡照片，可以看出該復(fù)合粉 體中的Fe3O4納米微球是由多個Fe3O4納米晶粒定向聚集而成，其晶粒大小約為5nm，晶面間 距約為0. 25nm ；該復(fù)合粉體中的石墨烯片是由5 20層石墨烯組成，石墨烯的層間距約為0.34nm。圖3為本實(shí)施例合成粉體的X射線衍射圖，圖中的衍射峰表明該復(fù)合粉體中的納米顆粒為Fe304。圖4為本實(shí)施例合成粉體的磁滯回線圖，可以看出該復(fù)合粉體的磁化強(qiáng) 度較高，達(dá)到63. 3emu/g。電阻率測試結(jié)果表明該復(fù)合粉體的電阻率為0. 989 Ω/cm，其具 有良好的導(dǎo)電性能。實(shí)施例2稱取50mg高氯化鐵、50mg氧化石墨，加入三頸燒瓶，再加入50ml乙二醇，充分?jǐn)?拌。再加入80mg無水乙酸鈉、1. Oml聚乙二醇400、在轉(zhuǎn)數(shù)為300轉(zhuǎn)/分鐘下機(jī)械攪拌40min， 待完全溶解后，再將上述溶液倒入反應(yīng)釜中，升溫至220°C，反應(yīng)8h。反應(yīng)結(jié)束，用磁鐵收集 產(chǎn)物，并用去離子水洗滌產(chǎn)物，然后將產(chǎn)物在40°C下干燥24h，得到石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體。 透射電鏡觀察表明=Fe3O4納米微球粒徑在100 200nm，與石墨烯復(fù)合良好。高分辨透射 電鏡觀察表明該復(fù)合粉體中的Fe3O4納米微球是由多個Fe3O4納米晶粒定向聚集而成，石 墨烯片是由5 20層石墨烯組成。XRD測試結(jié)果表明該復(fù)合粉體中的納米顆粒為Fe304。 磁滯回線圖測試表明該復(fù)合粉體具有良好的磁性能。電阻率測試結(jié)果表明該復(fù)合粉體 具有良好的導(dǎo)電性能。實(shí)施例3稱取2. 5g高氯化鐵、25mg氧化石墨，加入三頸燒瓶，再加入50ml乙二醇，充分?jǐn)?拌。再加入9. Og無水乙酸鈉、2. Oml聚乙二醇1000、在轉(zhuǎn)數(shù)為600轉(zhuǎn)/分鐘下機(jī)械攪拌 20min，待完全溶解后，再將上述溶液倒入反應(yīng)釜中，升溫至180°C，反應(yīng)16h。反應(yīng)結(jié)束，用 磁鐵收集產(chǎn)物，并用去離子水洗滌產(chǎn)物，然后將產(chǎn)物在80°C下干燥12h，得到石墨烯/Fe3O4 復(fù)合粉體。透射電鏡觀察表明=Fe3O4納米微球粒徑在100 200nm，與石墨烯復(fù)合良好。高 分辨透射電鏡觀察表明該復(fù)合粉體中的Fe3O4納米微球是由多個Fe3O4納米晶粒定向聚集 而成，石墨烯片是由5 20層石墨烯組成。XRD測試結(jié)果表明該復(fù)合粉體中的納米顆粒 為Fe304。磁滯回線圖測試表明該復(fù)合粉體具有良好的磁性能。電阻率測試結(jié)果表明該 復(fù)合粉體具有良好的導(dǎo)電性能。
權(quán)利要求
一種醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的方法，包括(1)反應(yīng)液的配置在室溫下，稱取質(zhì)量比為1∶1～1∶100的氧化石墨、鐵鹽，分散到濃度為98wt％～99.5wt％的乙二醇溶液中，待完全溶解后加入為乙二醇體積1/50～1/25的聚乙二醇，再加入與鐵鹽中Fe3+的摩爾數(shù)之比為8∶1～12∶1的無水乙酸鈉，攪拌，使上述物質(zhì)溶解，形成反應(yīng)液；(2)溶劑熱反應(yīng)將上述反應(yīng)液放入反應(yīng)釜中，升溫至180～220℃，反應(yīng)8～16h；(3)石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的收集與洗滌冷卻至室溫，用磁鐵收集產(chǎn)物，去離子水洗滌產(chǎn)物，烘干即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的方法，其特征在于 所述步驟(1)中的鐵鹽為六水合三氯化鐵FeCl3 · 6H20o
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的方法，其特征在于 所述步驟(1)中的鐵鹽與乙二醇的質(zhì)量體積比為Ig 20 1000ml。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的方法，其特征在于 所述步驟(1)中的聚乙二醇的分子量為200 1000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的方法，其特征在于 所述步驟(1)中的攪拌速度為300 600轉(zhuǎn)/min，時間為20 40min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的方法，其特征在于 所述步驟(3)中的烘干溫度為40 80°C，時間為12 24h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種醇熱法制備石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體的方法，包括(1)在室溫下，稱取氧化石墨、鐵鹽，分散到乙二醇溶液中，待完全溶解后加入聚乙二醇，再加入無水乙酸鈉，攪拌，形成反應(yīng)液；(2)放入反應(yīng)釜中，升溫至180～220℃，反應(yīng)8～16h；(3)冷卻至室溫，用磁鐵收集產(chǎn)物，去離子水洗滌產(chǎn)物，烘干即得。本發(fā)明的制備方法簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；所制備的石墨烯/Fe3O4復(fù)合粉體中Fe3O4晶相純、不易團(tuán)聚、與石墨烯復(fù)合良好、在石墨烯表面與層中分散性好，復(fù)合粉體電阻率小、磁化強(qiáng)度高。
文檔編號C01B31/04GK101837971SQ20101017490
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者侯成義, 張青紅, 朱美芳, 李耀剛, 王宏志 申請人:東華大學(xué)