[发明专利]一种超声波制备氧化亚铜@碳/石墨烯纳米等级结构杂化材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料的制备技术领域，具体地说是涉及一种超声波制备氧化亚铜@碳/石墨烯纳米等级结构杂化材料的方法。

背景技术

近年来，化学方法制备氧化石墨烯和还原石墨烯的工艺成熟，为大规模生产石墨烯提供方法。由于具有高的导电、大的比表面和优良的热稳定、还原石墨烯常用作固定金属纳米颗粒、金属氧化物等的基体材料，还石墨烯通常能够提高这些纳米颗粒的催化活和反应活。目前为止，金、银、铂等贵金属纳米颗粒和氧化铁、四氧化三铁、氧化锡、二氧化锰、二氧化钛、氧化锌、氧化钴等金属氧化物已经成功地结合到还原石墨烯的表面。很多的基于石墨烯的纳米复合材料己开始应用于各种应用领域，例如光催化降解污水，锂离子电极材料，超级电容器材料，气体传感器等。其中氧化亚铜/石墨烯材料由于其表现的优良使用性能而备受关注，已经有很多的研究报道了制备氧化亚铜/石墨烯复合材料的方法。但是目前所报道的氧化亚铜/石墨烯复合材料的组装方式很单一，即石墨烯表面简单的分散氧化亚铜颗粒。这种简单的组装结构不能满足人们对材料的使用要求。如何制备具有三维等级结构的氧化亚铜/石墨烯纳米复合材料成为人们的研究热点内容。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种超声波制备氧化亚铜@碳/石墨烯纳米等级结构杂化材料的方法。该方法成本低，目标产物纯度高，缺陷少，杂质含量低，分散性好，操作容易控制，具有较高的生产效率，可以实现工业化大量生产。

为达到上述目的，本发明是这样实现的。

一种超声波制备氧化亚铜@碳/石墨烯纳米等级结构杂化材料的方法，可将还原石墨烯（rGO）、芘衍生物和二价铜盐在有机溶剂中混合，接续在超声波水浴中反应，经过滤膜真空过滤后即得目的产物。“氧化亚铜@碳”中的“@”表示包覆的意思，在英文文献中经常出现，就是氧化亚铜在中间，外面包覆着碳。

作为一种优选方案，本发明所述还原石墨烯、芘衍生物及二价铜盐质量比依次为１∶0.01～100：0.01～100。

作为另一种优选方案，本发明所述还原石墨烯、芘衍生物和二价铜盐在有机溶剂中混合形成的混合溶液中，芘衍生物的浓度为0.01～100 mg/mL。

进一步地，本发明所述所述还原石墨烯（rGO）经溶剂热方法还原氧化石墨烯（GO）制备，其反应温度为100～200 °C。

更进一步地，本发明所述芘衍生物为1-溴芘、1-氨基芘、1-硝基芘及1-芘基磺酸中的一种或两种以上的混合物。

另外，本发明所述二价铜盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜及乙酸铜中的一种或两种以上的混合物。

其次，本发明所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基甲酰胺(DMF)、1,2-二氯苯(ODCB)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMEU)、苄胺(BA)、碳酸丙二酯(PC)及丁内酯(GBL)中的一种或两种以上的混合物。

再次，本发明所述超声剥离温度为40～80°C，超声剥离时间为30～120分钟。

本发明所述过滤膜的孔直径为0.01～0.5mm。

本发明利用还原石墨烯（rGO）、芘衍生物和二价铜盐在有机溶剂中混合，接续在超声波水浴中超声反应，经过滤膜真空过滤后即得目的产物。二价铜盐在超声反应过程中被还原生成氧化亚铜，芘衍生物在超声反应过程中生成碳材料包覆在纳米氧化亚铜外面并且团聚成大球负载在石墨烯表面。

本发明制备工艺简便易行，条件温和，所制备的氧化亚铜@碳/石墨烯纳米等级结构杂化材料杂质含量低，均一性高，容易分散在有机溶液中。合成的石墨烯分散液浓度高且不易聚集。

与现有技术相比，本发明具有如下特点。

（1）本发明开发了一种超声波制备氧化亚铜@碳/石墨烯纳米等级结构杂化材料的新工艺路线，该工艺制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率，可以实现工业化大量生产。

（2）本发明制备的目的产物氧化亚铜@碳/石墨烯纳米等级结构杂化材料，石墨烯的尺度在1-5微米之间，氧化亚铜@碳的尺度在200-300纳米之间，氧化亚铜小球的尺度在5-10纳米之间。其纯度高，缺陷少，杂质含量低，分散性好，可满足光光电应用领域对石墨烯杂化材料的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明制备氧化石墨烯、还原石墨烯和氧化亚铜@碳/石墨烯纳米等级结构杂化材料的XRD图。