[发明专利]一种石墨烯负载金属纳米颗粒复合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备技术领域，具体涉及了一种石墨烯负载金属纳米颗粒复合物的制备方法。

背景技术

石墨烯负载金属纳米颗粒复合物，具有优异的催化能力，出众的导电性和光学性质，可被广泛应用于传感器，光伏电池，有机合成催化剂等诸多领域。

Hummer，Brodie，Staudenmaier等方法可以大规模制备氧化石墨烯，然后通过加入水合肼，苄胺等还原剂在加热条件下就可以还原得到石墨烯。目前，主要有两种方法制备石墨烯负载金属纳米颗粒复合物，一种是先将氧化石墨烯和金属离子的前驱体混合均匀，然后加入还原剂一步合成石墨烯负载金属纳米颗粒复合物，这种方法简单快捷，但制备的金属纳米颗粒结构和形貌难以控制，影响了复合物的性质；另一种是分两步分别还原氧化石墨烯和金属离子前驱体，通过吸附制备石墨烯负载金属纳米颗粒复合物，这种方法较复杂，但可以有效的控制金属纳米颗粒的结构和形貌，充分发挥出石墨烯负载金属纳米颗粒复合物的优异性能。

在本发明之前，以前的工作主要是用水合肼及其衍生物做为还原剂去制备石墨烯负载金属纳米颗粒复合物，但是水合肼及其衍生物具有很强的毒性和挥发性，不能用于大规模的使用，而且制备的复合物会掺杂很多氮原子，影响复合物的物理和化学性质。最近两年也有文献报道用抗坏血酸（VC），硼氢化钠(NaBH₄)，聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）等作为还原剂制备石墨烯负载金属纳米颗粒复合物，但这些反应必须在高温情况下才能进才，反应较为剧烈，容易增加石墨烯的缺陷。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种常温条件下制备石墨烯负载金属纳米颗粒复合物的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：结合图1所示，通过可控合成制备具有均一尺寸的金属纳米颗粒，通过吸附将金属纳米颗粒均匀地负载到氧化石墨烯上，用金属纳米颗粒作为催化剂催化NaBH₄在常温下还原氧化石墨烯，从而得到石墨烯负载金属纳米颗粒复合物，具体包括以下步骤：

步骤一：将氧化石墨烯分别用盐酸和去离子水洗涤提纯多次，得到纯净的氧化石墨烯水溶液，并超声分散一段时间；

步骤二：通过可控合成，加入还原剂将金属离子前驱体溶液还原为金属纳米颗粒，均匀的分散在水溶液中，得到金属纳米颗粒水溶液；

步骤三：将氧化石墨烯水溶液加入到金属纳米颗粒水溶液中，室温下分散均匀，得到一次均匀的氧化石墨烯负载金属纳米颗粒混合溶液；

步骤四：将一次均匀的氧化石墨烯负载金属纳米颗粒混合溶液离心一段时间，用水洗涤重复多次，加入去离子水超声分散一段时间，得到二次均匀的氧化石墨烯负载金属纳米颗粒混合混合溶液；

步骤五：加入NaBH₄，反应一段时间，分别用去离子水和乙醇离心洗涤多次，并真空干燥。

    优选的：

    步骤一中，所述氧化石墨烯由Hummer法制得，氧化石墨烯的质量浓度为0.1～1mg/ml；所述用于提纯的盐酸的体积浓度为2%-4%，超声分散的时间为15-30分钟。

     步骤二中，所述金属离子前驱体溶液的摩尔浓度为10^-5 mol/L-1 mol/L。所述的金属纳米颗粒包括，金、银、铂、钯、铑、钌、铁、钴、镍的纯金属或由其中几种金属元素组成的合金。

     步骤四中，是以20000转/分钟的速度将一次均匀的氧化石墨烯负载金属纳米颗粒混合溶液离心15分钟，用水洗涤重复6次，加入去离子水超声5分钟得到二次均匀的氧化石墨烯负载金属纳米颗粒混合溶液。

     步骤五中，加入NaBH₄后反应2小时，分别用去离子水和乙醇以20000转/分钟的速度离心洗涤三次，60℃下真空干燥2小时。

本发明针对目前石墨烯负载金属纳米颗粒复合物合成需要用水合肼等毒性还原剂及反应须在加热条件下进行等缺点，采用NaBH₄作为还原剂在室温条件下合成石墨烯负载金属纳米颗粒复合物，其优点是：

（1）避免使用了水合肼及其衍生物等具有强毒性和挥发性的化合物作为还原剂，具有环保和安全等特点；

（2）本制备方法可以在室温下进行，适用的环境温度范围为0℃-100℃，反应条件温和，减少了缺陷的产生；

（3）本制备方法可以在pH值为2-12条件下进行；

（4）可以通过控制金属纳米颗粒的合成，负载不同尺寸和结构的金属纳米颗粒到石墨烯上；