[发明专利]一种短棒状纳米氧化锌/石墨烯复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合物及其制备方法，特别是一种短棒状纳米氧化锌/石墨烯复合物及其制备方法。

背景技术

氧化锌是一种重要的半导体材料，由于其独特的电学、光学特性，近年来引起了极大关注。众所周知，气敏性能与材料的形貌，尤其与材料表面积有关。纳米氧化锌材料具有比表面积大、易于制备复合材料等特点，在气敏传感器等领域有广泛的应用前景。例如纳米级的氧化锌对酒精等气体表现出较高的灵敏性，利用这一特性制备的传感器可用于呼气中酒精浓度的检测，防止酒后开车，减少交通事故。但目前氧化锌的检测灵敏度偏低，工作温度偏高，因此，我们需要将氧化锌和其他材料复合，提高其气体敏感性能。

石墨烯是近年来发现新的碳的同素异形体，是一种独特的二维纳米材料。石墨烯具有独特的电子结构、巨大的比表面积和极小的带隙等，使得石墨烯与气体分子间的相互作用可表现出许多特有的现象。将用做气敏材料的无机氧化物与石墨烯复合，会因石墨烯的存在而增大其分散性，为其在气敏传感器等微电子技术和器件的研究提供新思路和新方向。

文献1(Bie L J,Yan X N,Yin J,et al.Nanopillar ZnO gas sensor for hydrogen and ethanol[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2007,126(2):604-608.)报道了一种用作乙醇传感器的柱状纳米氧化锌的制备方法。通过二步溶液法得到的柱状纳米氧化锌，在350℃下对1000ppm乙醇气体的灵敏度约为44。

文献2(Jiaqiang X,Yuping C,Daoyong C,et al.Hydrothermal synthesis and gas sensing characters of ZnO nanorods[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2006,113(1):526-531.)报道了一种一步溶剂热法制备棒状纳米氧化锌的方法。锌粉和十六烷基三甲基溴化铵分散于去离子水中形成悬浮液，然后在密闭反应釜中182℃反应24h。反应结束后产物经洗涤、干燥得到棒状纳米氧化锌，在332℃下1000ppm乙醇气体的灵敏度约为52。

文献3(Fu D,Han G,Chang Y,et al.The synthesis and properties of ZnO-graphene nano hybrid for photodegradation of organic pollutant in water[J].Materials Chemistry and Physics,2012,132(2):673-681.)报道了一种纳米氧化锌/石墨烯复合物的制备方法，并将其应用于水污染处理方面。将氧化石墨烯水溶液分散于无水乙醇中，加入LiOH·H₂O得到混合液；将Zn(CH₃COO)₂·2H₂O溶解于无水乙醇中，80℃下持续搅拌20min后，冷却至50℃，并将上述混合液加入，继续搅拌40min。冷却后加入己烷在4℃下隔夜储存，过滤后经洗涤、干燥得到纳米氧化锌/石墨烯复合物。

上述制备方法存在以下缺陷：1、操作复杂不适用于实际应用；2、纳米氧化锌具有较高的化学活性，表现出明显的表面效应，容易发生聚集而达到稳定状态，从而团聚发生，减少了与气体间的相互作用，导致用于气敏传感器的纳米氧化锌的灵敏度偏低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种短棒状纳米氧化锌/石墨烯复合物及其制备方法，是将纳米氧化锌和石墨烯相复合，应用于气敏传感器。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种短棒状纳米氧化锌/石墨烯复合物，所述的复合物中纳米氧化锌均匀负载在石墨烯片层表面，呈短棒状；所述的短棒状纳米氧化锌/石墨烯复合物通过以下方法制备：

步骤一：将氧化石墨烯水溶液分散于无水乙醇中，然后进行超声处理，得到均匀的分散液；

步骤二：将表面活性剂聚乙二醇400加入到步骤一得到的分散液中，得到混合液；

步骤三：将Zn(NO₃)₂·6H₂O溶解于无水乙醇中，然后加入到步骤二的混合液中；

步骤四：调节混合液pH至9～10，然后在密闭反应釜中恒温反应，反应结束后产物经洗涤、干燥得到短棒状纳米氧化锌/石墨烯复合物。

上述反应在持续搅拌条件下进行。