專利名稱：一種氧化石墨烯/二硫化鐵復(fù)合納米顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米FeS2材料,具體地,是ー種氧化石墨烯/ ニ硫化鐵(G0/FeS2)復(fù)合納米顆粒制備方法。
背景技術(shù)：
立方晶系的FeS2具有合適的禁帶寬度，較高的光吸收系數(shù)，元素儲(chǔ)量豐富，環(huán)境相容性好，制備成本較低，更擁有優(yōu)良的光伏轉(zhuǎn)換性能，近幾十年來(lái)研究人員圍繞其晶體結(jié)構(gòu)、光電性能、光電化學(xué)性能、成膜技術(shù)及光電轉(zhuǎn)換器件應(yīng)用等多方面展開了深入細(xì)致的研究，使得FeS2在光電化學(xué)電池、鋰離子電池及制氫器件的去極化陽(yáng)極材料方面的應(yīng)用獲得了顯著的進(jìn)展。由于納米FeS2材料更有其特殊的特點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展了低維FeS2納米材料的制備方法。主要有電化學(xué)沉積法、水熱法、溶劑熱法以及機(jī)械球磨法等，這幾種方法中電化學(xué)沉積法的要求較高，必須要有S2-的存在，而機(jī)械球磨法難以解決FeS2被氧化的問(wèn)題，所以水熱法和溶劑熱法是較理想的，但其要求依然很高，例如，Qian等采用溶劑熱合成技木，以甲苯為溶劑制得顆粒狀FeS2粉晶；以こニ胺為溶劑獲得了具有不規(guī)則形貌的FeS2納米棒，但上述方法對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求較高，需要在無(wú)水狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明采用一步水熱法合成，引入表面活性剤，簡(jiǎn)化了エ藝步驟，在一定程度上有效地解決了 ニ硫化鐵顆粒的尺寸和均勻性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種氧化石墨烯/ ニ硫化鐵(G0/FeS2)復(fù)合納米顆粒制備方法，利用石墨烯的優(yōu)良性能提高和拓展ニ硫化鐵在光電等方面的性能和應(yīng)用，該方法能夠解決ニ硫化鐵納米顆粒的尺寸及易被氧化的問(wèn)題，制備得到的ニ硫化鐵納米顆粒在尺寸和生長(zhǎng)取向都具有高度同向性。上述目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
以四水合氯化亞鐵(FeCl24H20)、硫粉為原料，與表面活性劑聚こ烯醇(PVA)、聚こ烯吡咯烷酮(PVP) —起溶解于水中，在一定的PH條件下與氧化石墨烯混合，得到的混合溶液置于反應(yīng)釜中，密封后，采用水熱法在恒溫箱中180-200° C保溫12-24 h，冷卻至室溫，靜置分離，離心洗滌干燥后可得氧化石墨烯/ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒。具體地，包括如下步驟
(O將四水合氯化亞鐵(FeCl24H20)溶解在去離子水中，攪拌至溶解，得到濃度為
O.04-0. 08 mol/L 的溶液；
(2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的PVA溶液和PVP加入上述溶液中，攪拌溶解，PVA溶液與去離子水的體積比為1:4-3:4，PVP與四水合氯化亞鐵物質(zhì)的量之比為1:2-2:1 ;
(3)攪拌下向上述溶液中逐滴加入氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉與四水合氯化亞鐵物質(zhì)的量之比為4:1-2:1 ；
3(4)向上述溶液中加入硫粉，攪拌溶解，硫粉與四水合氯化亞鐵物質(zhì)的量之比為4:1-7:1 ；
(5)向上述溶液中加入氧化石墨烯，超聲分散至均勻，氧化石墨烯與四水合氯化亞鐵物質(zhì)的質(zhì)量之比為6:1-4:1 ；· (6)將上述溶液轉(zhuǎn)入不銹鋼反應(yīng)釜中，在180-200°C環(huán)境下進(jìn)行12-24 h的水熱反應(yīng)，
冷卻靜置，離心后可得氧化石墨烯/ ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒。本發(fā)明所提供的方法，生產(chǎn)ェ藝簡(jiǎn)單易控，制備所得的氧化石墨烯/ ニ硫化鐵納米顆粒粒徑尺寸均勻，分散性好,在太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、特殊功能電極材料和電磁材料等領(lǐng)域具有良好的潛在應(yīng)用前景。


圖I為實(shí)施例2的氧化石墨烯/ ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒的SEM圖 圖2為實(shí)施例2的氧化石墨烯/ ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒的XRD譜圖； 圖3為實(shí)施例3的氧化石墨烯/ ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒的SEM 圖4為實(shí)施例4的氧化石墨烯/ ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒的SEM 圖5為實(shí)施例5的氧化石墨烯/ ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒的SEM圖。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)具體實(shí)施方式
進(jìn)ー步描述本發(fā)明，由技術(shù)常識(shí)可知，本發(fā)明也可通過(guò)其它的不脫離本發(fā)明技術(shù)特征的方案來(lái)描述，因此所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或等同本發(fā)明范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。實(shí)施例I :
在冰浴下，將O. 015 g石墨粉分散到25 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸中，攪拌下加入高錳酸鉀(KMnO4),所加高錳酸鉀(KMnO4)與石墨的質(zhì)量之比為3:1_4:1，攪拌均勻，待溫度上升至30°C，攪拌下加入45 mL的去離子水，和15 mL質(zhì)量濃度為30%的H2O2，攪拌均勻后，離心分離，用質(zhì)量濃度5%的鹽酸溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨烯納米片。實(shí)施例2:
(1)將O.2 g四水合氯化亞鐵(FeCl24H20)溶解在20 mL去離子水中，攪拌至溶解得到溶液I ;
(2)向溶液I中加入10mL PVA溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%)、0. 05 g PVP，攪拌均勻后逐滴加入O. 75 mol/L氫氧化鈉5 mL得到溶液II ；
(3)向溶液II中加入0.2g硫粉，攪拌溶解得到溶液III;
(4)向溶液III中加入50mg氧化石墨烯，超聲分散至均勻可得溶液Γ
(5)將溶液IV在180°C環(huán)境下進(jìn)行12 h的水熱反應(yīng)，冷卻靜置離心后可得ニ硫化鐵納米顆粒，使用掃描電鏡對(duì)所制得的樣品進(jìn)行微觀形貌觀察，結(jié)果如圖I所示，樣品為尺寸均勻，分散性好的球形結(jié)構(gòu)，平均直徑約為300 nm。實(shí)施例3:
(I)將O. 3 g四水合氯化亞鐵(FeCl24H20)溶解在20 mL去離子水中，攪拌至溶解得到溶液I ;(2)向溶液I中加入10mL PVA溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%)、0. I g PVP，攪拌均勻后逐滴加入O. 75 mol/L氫氧化鈉5 mL得到溶液II ；
(3)向溶液II中加入0.2g硫粉，攪拌溶解得到溶液III;
(4)向溶液III中加入50mg氧化石墨烯，超聲分散至均勻可得溶液Γ/ ；
(5)溶液Γ在200°C環(huán)境下進(jìn)行24 h的水熱反應(yīng)，冷卻靜置離心后可得石墨烯/ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒，使用掃描電鏡對(duì)所制得的樣品進(jìn)行微觀形貌觀察，結(jié)果如圖2所示，樣品為尺寸均勻，分散性好的八面體結(jié)構(gòu)，平均直徑約為I μ m ;對(duì)樣品進(jìn)行X射線衍射，結(jié)果如圖3所示，所得樣品結(jié)晶度好，無(wú)雜峰出現(xiàn)，與ニ硫化鐵的PDF卡片完全一致，圖中沒有出現(xiàn)石墨烯的衍射峰，可能是由于石墨烯的特征峰強(qiáng)度太弱導(dǎo)致的。實(shí)施例4:
(1)將O.25 g四水合氯化亞鐵(FeCl24H20)溶解在20 mL去離子水中，攪拌至溶解得到溶液I ;
(2)向溶液I中加入10mL PVA溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%)、0. 2 g PVP，攪拌均勻后逐滴加入O. 75 mol/L氫氧化鈉5 mL得到溶液II ；
(3)向溶液II中加入0.2g硫粉，攪拌溶解得到溶液III;
(4)向溶液III中加入50mg氧化石墨烯，超聲分散至均勻可得溶液IV ；
(5)溶液IV在180°C環(huán)境下進(jìn)行12 h的水熱反應(yīng)，冷卻靜置離心后可得石墨烯/ ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒，使用掃描電鏡對(duì)所制得的樣品進(jìn)行微觀形貌觀察，結(jié)果如圖4所示，樣品為尺寸均勻，分散性較好的八面體結(jié)構(gòu)，平均直徑約為I ym。實(shí)施例5:
(1)將O.2 g四水合氯化亞鐵(FeCl24H20)溶解在20 mL去離子水中，攪拌至溶解得到溶液I ;
(2)向溶液I中加入10mL PVA溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%)、0. 3 g PVP，攪拌均勻后逐滴加入O. 75 mol/L氫氧化鈉5 mL得到溶液II ；
(3)向溶液II中加入0.2g硫粉，攪拌溶解得到溶液III;
(4)向溶液III中加入50mg氧化石墨烯，超聲分散至均勻可得溶液IV ；
(5)將溶液IV在200°C環(huán)境下進(jìn)行12 h的水熱反應(yīng)，冷卻靜置離心后可得石墨烯/ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒，使用掃描電鏡對(duì)所制得的樣品進(jìn)行微觀形貌觀察，結(jié)果如圖5所示，樣品為尺寸均勻的八面體結(jié)構(gòu)，平均直徑約為I μ m，樣品表面有少量薄膜樣物質(zhì)覆蓋，這可能是由于表面活性劑PVP的量加入過(guò)多導(dǎo)致的。
權(quán)利要求
1.ー種氧化石墨烯/ ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒的制備方法，所述的氧化石墨烯/ ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒，尺寸均勻，分散性好，形貌為球形或八面體結(jié)構(gòu)，其特征在于包括如下步驟 (1)將四水合氯化亞鐵溶解在去離子水中，攪拌至溶解，得到濃度為O.04-0. 08 mo I/L的溶液； (2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的PVA溶液和PVP加入上述溶液中，攪拌溶解，PVA溶液與去離子水的體積比為1:4-3:4，PVP與四水合氯化亞鐵物質(zhì)的量之比為1:2-2:1 ； (4)攪拌下向上述溶液中逐滴加入氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉與四水合氯化亞鐵物質(zhì)的量之比為4:1-2:1 ； (5)向上述溶液中加入硫粉，攪拌溶解，硫粉與四水合氯化亞鐵物質(zhì)的量之比為4:1-7:1 ； (6)向上述溶液中加入氧化石墨烯，超聲分散至均勻，氧化石墨烯與四水合氯化亞鐵物質(zhì)的質(zhì)量之比為6:1-4:1 ； (7)將上述溶液轉(zhuǎn)入不銹鋼反應(yīng)釜中，在180-200°C環(huán)境下進(jìn)行12-24 h的水熱反應(yīng)，冷卻靜置，離心后可得氧化石墨烯/ ニ硫化鐵復(fù)合納米顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米FeS2材料，具體地，是一種氧化石墨烯/二硫化鐵(GO/FeS2)復(fù)合納米顆粒制備方法。本發(fā)明以四水合氯化亞鐵(FeCl2 4H2O)、硫粉為原料，與表面活性劑聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)一起溶解于水中，在一定的PH條件下與氧化石墨烯混合，得到的混合溶液置于反應(yīng)釜中，密封后，采用水熱法在恒溫箱中180-200°C保溫12-24h，冷卻至室溫，靜置分離，離心洗滌干燥后可得氧化石墨烯/二硫化鐵復(fù)合納米顆粒。
文檔編號(hào)C01G49/12GK102910615SQ201210303390
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者唐華, 呂紹飛, 李文靜, 季曉瑞, 吳孔強(qiáng), 唐國(guó)剛 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)