一種太陽光、激光還原制備石墨烯及復合材料的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種太陽光、激光還原制備石墨稀及復合材料的方法，屬于功能材料領域。
【背景技術】
[0002]石墨烯是單層原子組成的二維碳基材料，具有大的表面積，高的電子迀移率，良好的機械強度和導熱性能，從而使其在能源材料、存儲器件等研宄領域獲得廣泛的關注。
[0003]石墨烯復合材料是將其它納米結構材料與石墨烯通過化學鍵、分子間作用力等結合在一起。石墨稀復合材料包括石墨稀金屬復合材料，如石墨稀與鉬、金、銀等納米顆粒復合材料；石墨烯金屬氧化物復合材料，如石墨烯與四氧化三錳、氧化鎳、氧化鐵等復合材料；雜原子摻雜石墨烯材料，如氮摻雜、硫摻雜、磷摻雜等；石墨烯與聚合物復合材料，如石墨烯與聚吡絡、聚苯胺等復合材料。
[0004]目前，大批量制備石墨烯的方法主要是化學還原法，對于石墨烯復合材料的制備主要集中在高溫退火、微波反應和水熱反應等方法上，往往制備周期長，實驗條件苛刻，用到有毒的化學試劑等，而且制備方法各不相同，這些都嚴重的影響到了石墨烯及其復合材料的大規(guī)模制備以及應用。因此，簡單有效的大規(guī)模制備石墨烯及其復合材料，已經(jīng)成為石墨烯應用研宄的熱點。
[0005]光還原制備石墨烯是一種有效地簡單綠色的制備石墨烯的方法，但是目前的利用光源進行還原只局限于微小器件的還原加工，例如制備微小的電路加工等，對于石墨烯基復合材料的制備，利用光源進行還原制備仍然只局限于有限的幾種復合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種太陽光、激光還原制備石墨烯及復合材料的方法。
[0007]本發(fā)明的目的由以下技術方案實現(xiàn)。
[0008]一種太陽光、激光還原制備石墨烯及復合材料的方法，所述方法步驟如下:
[0009](I)利用氧化剝離石墨法(Hmnmers法)制備得到氧化石墨稀溶液；
[0010]優(yōu)選氧化石墨稀溶液的濃度為2mg/mL?10mg/mL ；
[0011](2)將步驟(I)制得的氧化石墨烯溶液與待復合材料混合均勻，得到混合物質(zhì)；
[0012]所述待復合材料為以下四類物質(zhì)中的一種，每類物質(zhì)里只選一種材料，其中:
[0013]第一類:氯鉑酸溶液、氯金酸溶液或硝酸銀溶液；
[0014]其中，優(yōu)選氯鉑酸溶液的物質(zhì)量濃度為2mmol/L?20mmol/L，優(yōu)選氯金酸溶液的物質(zhì)量濃度為lmmol/L?lOmmol/L，優(yōu)選硝酸銀溶液的物質(zhì)量濃度為0.0Olmol/L?0.lmol/L ；
[0015]優(yōu)選氯鉑酸溶液、氯金酸溶液或硝酸銀溶液與氧化石墨烯溶液的體積比為1:1;
[0016]第二類:醋酸鎳溶液、草酸鐵溶液、醋酸錳溶液、醋酸鈷溶液、醋酸鉻溶液或醋酸鉛溶液；
[0017]其中，優(yōu)選醋酸鎳溶液的物質(zhì)量濃度為0.001mol/L?0.lmol/L，優(yōu)選草酸鐵溶液的物質(zhì)量濃度為0.001mol/L?0.lmol/L，優(yōu)選醋酸錳溶液的物質(zhì)量濃度為0.001mol/L?0.lmol/L，醋酸鈷溶液的物質(zhì)量濃度為0.001mol/L?0.lmol/L，醋酸鉻溶液的物質(zhì)量濃度為0.001mol/L?0.lmol/L，醋酸鉛溶液的物質(zhì)量濃度為0.001mol/L?0.lmol/L ；
[0018]優(yōu)選醋酸鎳溶液、草酸鐵溶液、醋酸錳溶液、醋酸鈷溶液、醋酸鉻溶液或醋酸鉛溶液與氧化石墨烯溶液的體積比為1:1;
[0019]第三類:紅磷、三聚氰胺或硫；
[0020]優(yōu)選紅磷、三聚氰胺或硫與氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:1;
[0021]第四類:啦咯；
[0022]優(yōu)選吡咯與氧化石墨烯溶液的體積比為1:10;
[0023](3)將步驟(I)制得的氧化石墨烯溶液進行冷凍干燥處理，得到三維泡沫結構的塊狀氧化石墨烯；
[0024]將步驟(2)制得的混合物質(zhì)進行冷凍干燥處理，得到三維泡沫結構的塊狀氧化石墨烯復合材料；
[0025]優(yōu)選所述冷凍干燥處理為:先置于彡-10°C冷凍成塊狀，然后放置于彡10Pa的真空環(huán)境中，使內(nèi)部結晶水升華；
[0026](4)對步驟(3)制得的塊狀氧化石墨烯進行激光或太陽光聚焦照射，黃棕色的塊狀氧化石墨烯被還原為黑色的塊狀石墨烯，為三維泡沫結構；
[0027]對步驟(3)制得的塊狀氧化石墨烯復合材料進行激光或太陽光聚焦照射，黃棕色的塊狀氧化石墨烯復合材料被還原為黑色的塊狀石墨烯復合材料，內(nèi)部為三維多孔狀，整體為泡沫狀；
[0028]優(yōu)選所述激光功率為1W，照射時間Is ；
[0029]優(yōu)選所述太陽光聚焦照射的焦點功率為1W，時間為Is。
[0030]有益效果
[0031]1.本發(fā)明提供了一種太陽光、激光還原制備石墨烯及復合材料的方法，所述方法工藝簡單、價格低廉且環(huán)境友好，適合大規(guī)模生產(chǎn)；
[0032]2.本發(fā)明提供了一種太陽光、激光還原制備石墨烯及復合材料的方法，所述方法使用的原材料來源廣泛，合成技術成熟，質(zhì)量高且成本低；
[0033]3.本發(fā)明提供了一種太陽光、激光還原制備石墨烯及復合材料的方法，所述方法不僅適用于快速還原制備三維泡沫結構的塊狀石墨烯，而且可以制備泡沫狀三維石墨烯/鉑納米顆粒、三維石墨烯/銀納米顆粒、三維石墨烯/金納米顆粒、三維石墨烯/四氧化三猛納米顆粒、三維石墨稀/氧化镲納米顆粒、三維石墨稀/氧化鈷納米顆粒、三維石墨稀/氧化鐵納米顆粒、三維石墨烯/氧化鉻納米顆粒、摻氮三維石墨烯、摻硫三維石墨烯、摻磷三維石墨烯、三維石墨烯/聚吡咯復合材料，是一種通用的制備三維多孔結構石墨烯以及其復合材料的方法；
[0034]4.本發(fā)明提供了一種太陽光、激光還原制備石墨烯及復合材料的方法，所述方法得到的塊狀石墨烯及復合材料為泡沫狀，內(nèi)部結構呈三維、多孔狀，比表面大。
【附圖說明】
[0035]圖1為實施例1中得到的塊狀氧化石墨烯的照片。
[0036]圖2為實施例1中得到的終產(chǎn)物的照片。
[0037]圖3為實施例1中得到的終產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡圖。
[0038]圖4為實施例1中得到的塊狀氧化石墨烯和終產(chǎn)物的X射線衍射測試結果圖。
[0039]圖5為實施例2中得到的終產(chǎn)物的透射電子顯微鏡圖。
[0040]圖6為實施例2中得到的終產(chǎn)物的X射線衍射測試結果圖。
[0041]圖7為實施例3中得到的終產(chǎn)物的透射電子顯微鏡圖。
[0042]圖8為實施例3中得到的終產(chǎn)物的X射線衍射測試結果圖。
[0043]圖9為實施例4中得到的終產(chǎn)物的透射電子顯微鏡圖。
[0044]圖10為實施例4中得到的終產(chǎn)物的X射線衍射測試結果圖。
[0045]圖11為實施例5中得到的終產(chǎn)物的透射電子顯微鏡圖。
[0046]圖12為實施例5中得到的終產(chǎn)物的X射線衍射測試結果圖。
[0047]圖13為實施例6中得到的終產(chǎn)物的透射電子顯微鏡圖。
[0048]圖14為實施例6中得到的終產(chǎn)物的X射線衍射測試結果圖。
[0049]圖15為實施例7中得到的終產(chǎn)物的透射電子顯微鏡圖。
[0050]圖16為實施例7中得到的終產(chǎn)物的X射線衍射測試結果圖。
[0051]圖17為實施例8中得到的終產(chǎn)物的透射電子顯微鏡圖。
[0052]圖18為實施例8中得到的終產(chǎn)物的X射線衍射測試結果圖。
[0053]圖19為實施例9中得到的終產(chǎn)物的透射電子顯微鏡圖。
[0054]圖20為實施例9中得到的終產(chǎn)物的X射線衍射測試結果圖。
[0055]圖21為實施例10中得到的終產(chǎn)物的X光電子能譜測試結果圖。
[0056]圖22為實施例11中得到的終產(chǎn)物的X光電子能譜測試結果圖。
[0057]圖23為實施例12中得到的終產(chǎn)物的X光電子能譜測試結果圖。
[0058]圖24為實施例13中得到的終產(chǎn)物的拉曼測試結果圖。
[0059]圖25為實施例14中得到的終產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡圖。
[0060]圖26為實施例14中得到的終產(chǎn)物的X射線衍射測試結果圖。
【具體實施方式】
[0061]下面結合附圖和具體實施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。
[0062]以下實施例中:
[0063]所述的用氧化剝離石墨法(Hummers法)制備氧化石墨稀溶液步驟如下:將6g石墨粉、160mL質(zhì)量濃度為98 %的濃硫酸和3g硝酸鈉混合，在冰浴、攪拌條件下，加入18g高錳酸鉀，攪拌0.5h，升溫至35°C，繼續(xù)攪拌0.5h，然后加入300mL去離子水，將溫度調(diào)至900C，攪拌15min，再加入100mL去離子水，繼續(xù)攪拌，溫度調(diào)至常溫，加入40mL過氧化氫，然后抽濾得到固體，加入200mL?100mL水，再離心洗滌，制得2mg/mL?10mg/mL氧化石墨稀溶液。(如:200mL水可得到濃度為10mg/mL氧化石墨稀溶液，100mL水可得到濃度為2mg/mL氧化石墨稀溶液，其余濃度可依次類推計算)
[0064]測試所使用的測試儀器以及型號如下:
[0065]掃描電子顯微鏡(JSM-7001F)，透射電子顯微鏡(JEM-2010)，X射線衍射儀(Netherlands 1710)，比表面積測試儀(N0VA2200e)，X 光電子能譜儀(ESCALab220i_XL)，拉曼測試儀(Renishaw microRaman spectro