[发明专利]一种纸基石墨烯-p型氧化亚铜复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纸基石墨烯‑p型氧化亚铜复合材料的制备方法，首先以纸作为基底，利用原位还原法制备纸基石墨烯电极，然后通过电位溶出分析法在纸基石墨烯电极的电沉积区域沉积八面体形状的p型氧化亚铜，获得纸基石墨烯‑p型氧化亚铜复合材料。该制备方法简单、快速，有利于大批量生产。基于纸自身的纤维网络机构、石墨烯优良的导电性和p型氧化亚铜独特的八面体形貌，该纸基复合材料具有大的表面积、良好的导电性和较强的可见光吸收能力。这种独特的性能有利于极大地提高光电转换效率，使其在光电化学领域具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，更具体的说是一种纸基石墨烯-p型氧化亚铜复合材料的制备方法。

背景技术

氧化亚铜作为一种窄带隙的半导体纳米材料，由于其成本低、毒性小、原材料丰富、可见光吸收效率高等优点被广泛地应用于太阳能电池领域。氧化亚铜可分为p型和n型两种类型。对于以氧化亚铜为基础的太阳能电池，提高其光电转换效率的有效方法通常是利用p型和n型氧化亚铜纳米材料形成的p-n结。相比于n型氧化亚铜，p型氧化亚铜的制备方法有较少的报道。另外，提高氧化亚铜的表面积可以有效地增强光电转换效率。因此，寻求简单、有效的方法制备具有较大表面积的p型氧化亚铜具有重要的意义。

纸自身纵横交错的纤维网络结构，使其具有较大的表面积用于功能化大量的纳米材料。石墨烯由于其独特的片状结构和优良的导电性，可以包覆在纤维网络的表面，进一步增强纸的导电性、表面积和生物相容性。同时，三维的石墨烯纸可以有效地增加纸对纳米材料的负载量，在石墨烯纸的表面功能化半导体氧化物，可以获得高性能的纸基石墨烯-氧化物复合材料。

发明内容

本发明的目的是首先通过原位还原法制备具有大比表面积和良好导电性的纸基石墨烯电极，然后，利用电位溶出分析法在纸基石墨烯电极上沉积八面体形状的p型氧化亚铜，获得纸基石墨烯-p型氧化亚铜复合材料。

一种纸基石墨烯-p型氧化亚铜复合材料的制备方法具体包括如下步骤：

（1）制备纸基石墨烯电极：首先通过计算机软件设计纸基电极的疏水蜡打印图案，如附图1所示，然后采用蜡打印机将设计好的图案打印在色谱纸上，并将打印过的色谱纸在130 ℃的烘箱中，恒温加热50秒，使蜡融化，形成疏水区域，最后在纸基电极的亲水区域利用原位还原法生长石墨烯，获得纸基石墨烯电极；

（2）制备纸基石墨烯-p型氧化亚铜复合材料。

本发明步骤（1）所使用的计算机软件是CorelDRAW或者Photoshop或者Adobeillustrator软件中的一种。

本发明步骤（1）所述的纸基电极的尺寸如附图1所示，其形状为正方形，长和宽均为30 mm，白色的亲水区域分为三个功能区，其中上面的圆形区域为电沉积区域，直径为10mm，中间的长方形区域为导电轨道，长为4 mm，宽为3.5 mm，下面的正方形区域为导电接触点，长和宽均为6 mm，周围灰色的区域为疏水区域。

本发明步骤（1）所述的在纸基电极的亲水区域利用原位还原法生长石墨烯，制备纸基石墨烯电极的具体过程分为三步：第一步是首先利用Hummers方法制备氧化石墨烯，然后以二次水为溶剂，将制备的氧化石墨烯超声溶解，获得浓度为0.5-2.0 mg/mL的氧化石墨烯分散液；第二步是采用“滴涂-干燥”法首先在纸基电极亲水区域的正面滴涂第一步中获得的氧化石墨烯分散液，然后在室温下自然干燥，重复操作该“滴涂-干燥”过程3-5次，最后在纸基电极亲水区域的反面重复操作上述“滴涂-干燥”过程2-4次；第三步是利用原位还原法生长石墨烯，将第二步中获得的纸基电极放入含有10-20 mL混合液的高压釜中，所述的混合液由质量分数为0.3%-0.5%的水合肼和质量分数为0.05%-0.2%的氨水组成，在80-90℃条件下加热反应2-4 h，自然冷却到室温后，用二次水洗涤，并在50 ℃条件下干燥40min，获得纸基石墨烯电极。