一種高度均勻分散硫化鋅石墨烯復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料的制備，具體涉及一種高度均勻分散的硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硫化鋅是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料(在300 K下的禁帶寬度為3.6 eV)，被廣泛應(yīng)用在紫外發(fā)光二極管、傳感器、太陽能電池、電致發(fā)光設(shè)備等領(lǐng)域。石墨烯是一種二維蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu)，僅有一個碳原子層的厚度，且具有非常高的力學(xué)強度、高的比表面積(2630 m2/g)、導(dǎo)電(16 S/cm)、導(dǎo)熱(5300 W/mK)和化學(xué)穩(wěn)定性等性能。石墨烯這些優(yōu)異的性能使其在很多領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價值，如光催化、吸附材料、鋰離子電池、超級電容器等方面。特別是在光催化領(lǐng)域，硫化鋅納米晶體能夠通過光致激發(fā)作用能夠快速產(chǎn)生電子-空穴對，具有優(yōu)異的光催化性能。然而，光致電子和空穴的快速復(fù)合限制了它的光催化效率。石墨烯具有優(yōu)異的電子傳輸特性，可以作為二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的電子收集者和運輸者接收和輸送半導(dǎo)體產(chǎn)生的光致電子，大大減少電子-空穴對的復(fù)合幾率，從而提高復(fù)合材料的光催化活性。將硫化鋅納米材料與石墨烯復(fù)合能夠充分發(fā)揮二者的優(yōu)異特性。
[0003]其中，保證硫化鋅納米粒子的有效分散是發(fā)揮其光催化性能的重要因素。目前，較多的文獻是通過兩步法制備硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料。例如，在青島科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014第35卷第2期中，耿延玲等人將醋酸鋅和硫脲溶于無水乙醇中，通過180 °〇水熱反應(yīng)12 h后得到硫化鋅白色沉淀，洗滌干燥后得到淡黃色硫化鋅粉末。然后將氧化石墨烯溶于無水乙醇和蒸餾水的混合液中，向其中加入硫化鋅粉末，混合均勻后，將其轉(zhuǎn)移至高壓水熱反應(yīng)釜中，120 °C下反應(yīng)3 h，經(jīng)過過濾、洗滌、干燥得到硫化鋅/石墨烯粉末。但是該種方法過程復(fù)雜，所需原料種類繁多，影響因素多，不適合擴大化生產(chǎn)。因此，發(fā)明一種簡單易行的方法制備高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料備受關(guān)注，在保證石墨烯片層間不團聚的前提下，使硫化鋅納米顆粒能夠均勻分散在石墨烯片層上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種簡單一步溶劑熱法制備高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的方法，硫化鋅顆粒粒徑為50?100 nm。
[0005]一種高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟為:
Cl)首先量取二甲亞砜，稱取氧化石墨烯粉末加入到上述溶劑中，其中，氧化石墨烯在溶劑中的濃度為0.2?1.0 mg/mL ;超聲2小時，使其混合均勻；
(2)向步驟(I)得到的溶液中加入鋅源和表面活性劑，它們在溶劑中的濃度分別為1.25?2.5 mg/mL和0.125?0.425 mg/mL,攬拌I小時至完全溶解；
(3)將步驟(I)得到的轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在180?250°C下溶劑熱反應(yīng)12?20小時； (4)用丙酮和酒精清洗樣品，干燥得到高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料。
[0006]所述溶劑為二甲亞砜，二甲亞砜不僅作為反應(yīng)溶劑，而且作為硫源，與鋅源反應(yīng)生成硫化鋅。
[0007]所述的鋅源為醋酸鋅水合物、草酸鋅、檸檬酸鋅中的一種。
[0008]所述的表面活性劑為十_■燒基苯橫酸納、十TK燒基苯橫酸納、十_■燒基二甲基漠化銨中的一種。
[0009]采用本發(fā)明所述的制備硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的方法具有以下優(yōu)勢:Ca)合成方法簡單，可重復(fù)性強，經(jīng)過石墨烯的分散和承載作用，同時結(jié)合表面活性劑的分散作用，可以使硫化鋅納米粒子均勻分散于石墨烯上，硫化鋅納米顆粒粒徑為50?100 nm ； (b)在硫化鋅納米粒子和表面活性劑的作用下，石墨烯片層之間易團聚的問題也被克服，成功合成出了硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料；(c) 二甲亞砜不僅作為反應(yīng)溶劑，而且作為硫源，是制備硫化鋅的原料。
【附圖說明】
[0010]圖1是實施例一中的硫化鋅/石墨烯復(fù)合物的EDS圖。
[0011]圖2是實施例二中的硫化鋅/石墨烯復(fù)合物的掃描電鏡圖。
[0012]圖3是實施例四中的硫化鋅/石墨烯復(fù)合物的光催化性能圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例一:
取0.016 g氧化石墨烯,加入到80 mL 二甲亞砜中，超聲混合2 h,然后加入0.16 g醋酸鋅和12 mg十二烷基苯磺酸鈉，移入100 mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在180 °C下溶劑熱反應(yīng)12 h，用丙酮和酒精清洗反應(yīng)產(chǎn)物，干燥得到最終產(chǎn)品。如圖1所示，合成的復(fù)合材料中含有C、Zn、S元素。
[0014]實施例二:
取0.04 g氧化石墨烯,加入到80 mL 二甲亞砜中，超聲混合2 h,然后加入0.1 g草酸鋅和10 mg的十六燒基苯磺酸鈉,攪拌混合均勻,將溶液移入100 mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在180 °C下溶劑熱反應(yīng)20 h，用丙酮和酒精清洗反應(yīng)產(chǎn)物，干燥得到最終產(chǎn)品。圖2為該復(fù)合材料的SM圖，從圖中可以看出，硫化鋅均勻的分布在石墨烯表面，顆粒大小在100 nm左右。
[0015]實施例三:
取0.2 g氧化石墨烯，加入200 mL 二甲亞砜，超聲混合2 h，然后加入0.5 g醋酸鋅和85 mg的十二烷基三甲基溴化銨，攪拌混合均勻，然后移入250 mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在200 °C下溶劑熱反應(yīng)12 h，用丙酮和酒精清洗反應(yīng)產(chǎn)物，干燥得到最終產(chǎn)品。
[0016]實施例四:
取0.3 g氧化石墨烯,加入至400 mL 二甲亞砜中，超聲混合2 h,然后加入1.0 g朽1檬酸鋅和170mg十二烷基三甲基溴化銨，移入500 mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在250 V下溶劑熱反應(yīng)12 h，用丙酮和酒精清洗反應(yīng)產(chǎn)物，干燥得到最終產(chǎn)品。
[0017]實施例五: 取0.5 g氧化石墨烯,加入800 mL 二甲亞砜,超聲混合2 h,然后加入1.6 g朽1檬酸鋅和100 mg的十二烷基三甲基溴化銨，然后移入1000 mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在200°C下溶劑熱反應(yīng)20 h，用丙酮和酒精清洗反應(yīng)產(chǎn)物，干燥得到最終產(chǎn)品。
【主權(quán)項】
1.一種高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: (1)首先量取二甲亞砜，稱取氧化石墨烯粉末加入到上述溶劑中，其中，氧化石墨烯在溶劑中的濃度為0.2?1.0 mg/mL ;超聲2小時，使其混合均勻； (2)向步驟(I)得到的溶液中加入鋅源和表面活性劑，它們在溶劑中的濃度分別為1.25?2.5 mg/mL和0.125?0.425 mg/mL,攬拌I小時至完全溶解； (3)將步驟(I)得到的轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在180?250°C下溶劑熱反應(yīng)12?20小時； (4)用丙酮和酒精清洗樣品，干燥得到高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述溶劑為二甲亞砜，二甲亞砜不僅作為反應(yīng)溶劑，而且作為硫源，與鋅源反應(yīng)生成硫化鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的鋅源為醋酸鋅水合物、草酸鋅、檸檬酸鋅中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十二烷基三甲基溴化銨中的一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高分散的硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的制備方法。首先將氧化石墨烯加入到二甲亞砜溶劑中，超聲分散，然后加入鋅源和適量表面活性劑，攪拌至完全溶解后，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在適當(dāng)溫度下溶劑熱反應(yīng)12-20 h，用丙酮和乙醇將樣品清洗干凈，干燥得到最終產(chǎn)品。本發(fā)明采用簡單的一步溶劑熱合成法，成本低廉，具有很好的重復(fù)性，能夠使硫化鋅納米顆粒高度均勻的分布在石墨烯上，合成的復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于光催化、太陽能電池、染料吸附等領(lǐng)域。
【IPC分類】B01J27-04
【公開號】CN104525223
【申請?zhí)枴緾N201510002123
【發(fā)明人】何丹農(nóng), 韓嘵芳, 張春明, 張現(xiàn), 王巖巖, 陳超, 高林
【申請人】上海納旭實業(yè)有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月5日