[发明专利]石墨烯包覆铜纳米线的三维结构气凝胶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术，特别涉及一种石墨烯包覆铜纳米线的三维 结构气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

金、银纳米线的性能虽然可以与ITO相比，但价格同样昂贵，而铜纳米 线因价格低廉、储量丰富、导电性好等优点得到了越来越多的关注。铜纳米线 具有较高的导电性、显著的力学、光学性能使其在相关领域具有十分重要的应 用前景。但是铜纳米线的易氧化问题限制了其在某些方面的应用。石墨烯作为 一种能有效防腐抗氧化材料的研究逐渐成为热点。当石墨烯被覆盖到金属表 面，其能提高环境中氧化物质从石墨烯表面向下层金属界面扩散的活化能，形 成一个屏障，从而提高金属的抗氧化性能。

但目前的石墨烯-铜复合材料的制备方法中，材料的形貌的改变会导致性 能改变，材料的压缩回弹性较差。

所以寻求一种有效的防止既能铜纳米线氧化又能保证材料具有较好的压 缩回弹性的制备方法是十分有必要的。

发明内容

基于此，有必要提供一种不易氧化、具有较好的压缩回弹性的石墨烯包覆 铜纳米线的三维结构气凝胶及其制备方法和应用。

一种石墨烯包覆铜纳米线的三维结构气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨烯分散于去离子水中形成氧化石墨烯分散液；

将三水合硝酸铜溶解于去离子水中形成Cu(NO₃)₂溶液；

将所述Cu(NO₃)₂溶液与所述氧化石墨烯分散液混合搅拌后得到均匀的混 合分散液；

向所述混合分散液加入乙二胺溶液，搅拌后再加入NaOH或KOH强碱性 溶液中的一种并持续搅拌然后加入还原剂并超声15～30min，再置于60-90℃水 浴条件下反应25～50min，得到红棕色产物；

将所述红棕色产物分别用去离子水、乙醇溶液离心洗涤，真空干燥后得到 红棕色粉末；

将所述红棕色粉末配置成10～30mg/mL的溶液，再加入10～20mg/mL的海 藻酸钠溶液，聚乙烯醇溶液，壳聚糖溶液和明胶溶液中的至少一种，均匀混合 置于-5～-20℃下冷冻2-5h，然后再冷冻干燥2～5d，得到石墨烯包覆铜纳米线的 三维结构气凝胶。

在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1～5mg/mL。

在其中一个实施例中，所述Cu(NO₃)₂溶液的浓度为0.05～0.2mol/L。

在其中一个实施例中，所述将所述Cu(NO₃)₂溶液与所述氧化石墨烯水溶 液混合为将10～30mL的0.05～0.2M的Cu(NO₃)₂溶液与5～15mL的1～5mg/mL 氧化石墨烯分散液混合。

在其中一个实施例中，所述还原剂为水合肼或儿茶酸，所述还原剂的质量 分数为35％～99％。

在其中一个实施例中，所述海藻酸钠溶液，聚乙烯醇溶液，壳聚糖溶液和 明胶溶液中的至少一种的浓度为10～20mg/mL。

在其中一个实施例中，所述NaOH或KOH强碱性溶液的浓度为 5mol/L～15mol/L，所述加入NaOH或KOH强碱性溶液中的一种溶液并持续搅 拌的时间为45min～60min。

一种按照上述制备方法获得的石墨烯包覆铜纳米线的三维结构气凝胶。

一种如上所述的石墨烯包覆铜纳米线的三维结构气凝胶在传感器，超级电 容器或污水处理中的应用。

在上述石墨烯包覆铜纳米线的三维结构气凝胶及其制备方法和应用中，首 先制备石墨烯包覆铜纳米线，再将制备的石墨烯包覆铜纳米线与海藻酸钠溶液 混合，通过冷冻干燥法处理得到石墨烯包覆铜纳米线的三维结构的气凝胶弹性 体。有效的解决了铜纳米线的易氧化问题，实验操作工艺简单且可控性强，成 本低，值得推广。所制备的气凝胶结构具有三维多孔结构，且孔隙分布较均匀， 而且压缩后的气凝胶仍能够较好的回复。具有良好的压缩性能和机械稳定性， 可以应用在传感器，超级电容器，污水处理等领域。

附图说明

图1为一实施方式的石墨烯包覆铜纳米线的三维结构气凝胶的制备方法 流程图；

图2为一实施方式的石墨烯包覆铜纳米线的扫描电镜图片；