[发明专利]一种连续快速制备石墨烯-无机纳米复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其是涉及一种连续快速制备石墨烯-无机纳米复 合材料的方法。

背景技术

自从04年通过物理方法从石墨中剥离出二维石墨烯材料以来，将石墨烯与金 属氧化物材料复合以增强后者的光学或电学性能的研究成为复合材料领域的一大 研究热点。氧化锌和二氧化钛是工业领域广泛使用的光催化剂，磷酸铁锂是一种可 作为锂离子电池正极材料的廉价材料。近来的研究表明，将这些金属氧化物材料与 石墨烯复合后能显著增强其光学或电学性能。因此，开发出一种过程可控，易工业 化且绿色环保的制备方法以满足此类复合材料的工业需求具有重大意义。目前的合 成方法有共沉淀法、电化学沉积法以及间歇水热法等，但这些方法或者过程难于控 制，不易工业化放大或者对环境有害。

为此本发明提供一种新方法，该方法通过将分散于乙醇-水混合溶剂中的石墨 烯溶液、无机盐溶液和碱液三股物料同时泵入一个带预热和加压装置的连续式反应 系统中，并在反应器出口连续收集石墨烯-无机纳米复合材料产品，一步制取石墨 烯-无机纳米复合材料。该方法最突出的优势是能在小于10s的反应时间快速连续 合成窄粒径分布的石墨烯-无机纳米复合材料，并且能够控制复合物的结构，从而 为工业化生产石墨烯-无机纳米复合材料提供了一条可行的技术路线和方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种连续快速制 备石墨烯-无机纳米复合材料的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种连续快速制备石墨烯-无机 纳米复合材料的方法，其特征在于，该方法通过将分散于乙醇-水混合溶剂中的石 墨烯分散液、无机盐溶液和碱液三股物料同时泵入一个带预热和加压装置的连续式 反应系统中，并在反应器出口连续收集石墨烯-无机纳米复合材料产品，一步制取 石墨烯-无机纳米复合材料。其中，由表面积巨大的石墨烯为反应生成的无机纳米 粒子提供异相成核和生长的位点，从而形成石墨烯-无机纳米复合物。 该方法具体包括以下步骤：

(1)将无水乙醇和水按体积比为(100-40)：(0-60)的比例混合，然后将二氧化碳 剥离技术获得的石墨烯按一定量分散到乙醇-水混合溶剂中；

(2)以去离子水为预热液，泵入连续式反应器，调节控温装置直到反应器内 温度达160～350℃，调节背压阀直到压力达7～23MPa。

(3)待温度压力达到预定值并稳定后，通过一个柱塞计量泵和两个恒流泵将 石墨烯的乙醇-水分散液，无机盐溶液和碱溶液以5：1：1的流量比同时泵入连续式反 应器中，在反应器出口收集石墨烯无机纳米复合材料产品。

所述的乙醇-水混合溶剂为无水乙醇与水按体积比(100-40)：(0-60)混合而成的 溶剂。

所述的石墨烯为物理剥离的不含氧基团的石墨烯。

所述的石墨烯为通过二氧化剥离技术制备的石墨烯。

所述的无机盐溶液为Zn盐、Ti盐、Fe盐、磷酸盐或Li盐中的一种或几种， 无机盐溶液为本发明产品引入无机物，所得产品中的无机纳米材料有氧化锌，磷酸 铁锂或二氧化钛。

所述的碱液为LiOH或KOH溶液。

所述的石墨烯分散液、无机盐溶液和碱液三种反应物的质量流量比为5：1：1。

所述的石墨烯分散液、无机盐溶液和碱液三种反应物的浓度分别为0.08g/L， 0.01～0.05M和0.03～0.10M。

所述的连续式反应系统以去离子水为预热液，反应温度为160～350℃，反应压 力为7～23MPa。

所述的石墨烯-无机纳米复合材料中的无机纳米材料的大小为5-50纳米。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)使用不含基团的完整石墨烯，电学及力学性质较改性石墨烯优越。

(2)适用于多种石墨烯-无机纳米复合材料的制备。

(3)避免使用大量价格昂贵且有毒的有机溶剂，节约成本，减少环境污染。

(4)通过改变前驱体溶液的浓度，可获得不同复合结构的产物。

(5)操作简便，可控，且易于工业化。