[发明专利]一种纳米银/石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料无机合成技术领域，具体涉及一种纳米银/石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

纳米级银颗粒，由于纳米尺寸效应、表面效应等原因而表现出许多独特的性能，在导电、催化、抗菌等领域具有广阔应用前景。石墨烯具有充满π电子的二维蜂巢状平面结构，由碳原子以SP²杂化连接而成，它是世界上最薄的碳质新材料，理想的单层石墨烯厚度仅有0.35nm。石墨烯还具有许多优越的物理化学性能，在电子、传感、储能等众多领域被广泛应用。石墨烯独特的纳米结构和特性使其成为众多新型纳米复合材料的基本组成单元。以石墨烯为基体，在其平面片层结构上沉积金属纳米粒子，可合成石墨烯负载金属纳米颗粒的复合材料。研究表明，这类复合材料不仅继承了金属纳米粒子和石墨烯自身的优异性能，而且还可能表现出超越组成单元的性质，甚至产生一些新的特别性质。

人们为获得更高性能的材料，通常会利用各种方法将石墨烯和纳米颗粒作为基础组成单元来制取纳米复合材料。发明CN201110434334.6公开了一种Ag/石墨烯纳米复合材料的制备方法，将硝酸银和石墨烯氧化物分散在去离子水和还原醇的双溶剂体系中，以纳米WO₃颗粒作催化剂，模拟太阳光光催化反应1~5小时，成功合成Ag/石墨烯复合材料。发明CN201010243147.5公开了一种氧化锡/石墨烯纳米复合材料的合成方法，将适量的氧化石墨和五水合四氯化锡超声分散在二甲亚砜溶液中，然后将此悬浮液转移至水热釜中，经过180^oC~190^oC下热处理12~24小时后，即可得到复合材料。发明CN201210248034.3公开的一种Co₃O₄/石墨烯纳米复合材料的合成方法，具体是将钴盐、聚乙烯吡咯烷酮溶于去离子水中，以尿素调节PH后，90-95^oC下油浴3小时，然后加入氧化石墨烯和还原剂，升温至100^oC反应4小时。之后，洗涤烘干收集沉淀，并依次经管式炉和马沸炉煅烧，最后获得Co₃O₄/石墨烯纳米复合材料。这些方法，无论是光催化、高温水解还是传统化学还原，虽然能成功合成复合材料，但是却难以保证纳米颗粒粒径的均匀，以及其在石墨烯片层上分布均匀。所以制备微观形貌结构可控的纳米复合材料仍是一项挑战。为此，我们引入超临界二氧化碳（ScCO₂）用于辅助合成。ScCO₂的密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，具有惊人的溶解能力。它能一定程度上克服常规技术手段的分散性能差、沉积速率低、负载量难以控制等缺陷，是一种有效的绿色环保的辅助手段。

发明内容

本发明首要目的在于提供一种纳米银/石墨烯复合材料的可控合成方法。所述纳米银/石墨烯复合材料的制备方法应用了超临界二氧化碳（ScCO₂）辅助沉积技术。超临界二氧化碳具备低粘度、高扩散性及近零表面张力，轻易地分散包裹银前驱体并将其携带运载至石墨烯纳米片层近表面，从而有利于纳米银还原后均匀长大和沉积在石墨烯纳米片层表面。合成的复合材料中，纳米银不仅粒径小（≦10nm），而且能够均匀负载在石墨烯层表面。该合成方法简单便捷，制备出的复合材料微观结构均匀。

本发明所述纳米银/石墨烯复合材料由石墨烯基体及均匀负载在石墨烯纳米片层的银纳米颗粒组成。

一种纳米银/石墨烯复合材料的制备方法，包括如下基本步骤：

（1）常温下，将配制的银氨溶液、表面活性剂和络合剂混于还原性醇中，搅拌均匀后加入氧化石墨烯，超声分散，得到均匀分散的混合液；

（2）将还原剂加入到上述混合液中并迅速转移到反应釜中，得混合溶液，再通入CO₂气体，控制气压和温度使CO₂达到超临界状态；

（3）将步骤（2）反应釜中的混合溶液进行搅拌反应一段时间，然后冷却泄压，离心洗净收集固体物，经真空干燥后得到纳米银/石墨烯复合材料。

进一步地，所述银氨溶液由银前驱体化合物硝酸银、氯化银和乙酰丙酮银中的一种或者一种以上的混合物与浓氨水和去离子水配制；

优选地，所述银前驱体化合物为硝酸银、氯化银和乙酰丙酮银中的一种或一种以上的混合物；

优选地，所述银前驱体化合物在步骤（1）所述混合液中的质量百分含量为0.2%~2%；