[发明专利]一种石墨烯-铂复合纳米材料、制备方法及其在降解环境污染物中的应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑铂复合纳米材料、制备方法及其在降解环境污染物中的应用。将石墨烯作为基体材料涂覆在石英玻璃片上，放入到反应腔中，对反应腔进行抽真空处理，将铂纳米粒子前驱体装入原料瓶中，由惰气载N₂带入到反应腔中，反应腔温度为50‑400℃，通过循环沉积30‑300圈，获得石墨烯‑铂复合纳米材料。利用原子层沉积方法控制铂粒子的厚度和粒径分布，增强在石墨烯表面的吸附能力。制备的石墨烯‑铂复合纳米材料对环境污染物有良好的降解效果。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种石墨烯-铂复合纳米材料，以及它的制备方法及其用于环境污染物的分析降解。

背景技术

石墨烯具有小的尺寸，良好的导电性和生物兼容性，较大的比表面积，表面易功能化等优点，铂纳米粒子具有表面等离子体效应和良好催化性能[1]，也是电极基底修饰制备的常用材料。将铂纳米粒子引入到石墨烯材料上面，制备的复合材料能够最大限度利用纳米尺度表面面积加速电子转移，而且能够促进目标物在材料表面反应，显著增强催化降解效果[2]。目前，研究者一般通过电沉积、水热合成、自组装等合成方法将金属纳米粒子负载沉积在石墨烯材料上[3-5]。然而，利用这些传统方法并不能有效的控制金属纳米粒子沉积的厚度和分布，沉积的均匀性和重现性较差[6]；此外，制备的修饰材料不能保持长期的稳定性，铂纳米粒子会逐渐从石墨烯上面脱离和分解[7]。由此可见，利用石墨烯与铂纳米粒子构筑复合材料需要考虑和解决以下问题：(1)能够可控有序的将铂纳米粒子负载沉积在石墨烯上，使其复合材料表现出更优异的协同性能；(2)了解材料界面与目标物发生催化降解的反应机理，对信号产生过程进行有效调控。因此，获取一种精确有效的方法可控合成石墨烯-铂纳米材料，使复合材料具有更佳的催化降解效果，一直是研究的重点。

原子层沉积作为一种极具吸引力的材料制备方法而出现。原子层沉积方法可以使沉积物以单原子的形式一层一层沉积在基底表面上，从而实现在纳米级尺度上精确控制沉积物厚度和分布，使其沉积的粒子具有很好的均匀性和保形性。通过原子层沉积获得的复合材料被应用在催化降解领域[8]。所以，借助原子层沉积的优势有望可控合成石墨烯-铂复合材料，用于环境污染物的分析降解。

发明内容

传统制备方法不能有效的控制铂纳米粒子沉积的厚度和分布，沉积的均匀性和重现性较差；此外，制备的材料不能保持长期的稳定性，铂纳米粒子会逐渐从石墨烯上面脱离和分解。

鉴于此，本发明利用原子层沉积方法控制铂粒子的厚度和粒径分布，增强在石墨烯表面的吸附能力，获得一种石墨烯-铂复合纳米材料。

本发明采用的技术方案是：一种石墨烯-铂复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯作为基体材料涂覆在石英玻璃片上，放入到反应腔中，对反应腔进行抽真空处理，将铂纳米粒子前驱体装入原料瓶中，由惰气载N₂带入到反应腔中，反应腔温度为50-400℃，通过循环沉积30-300圈，获得石墨烯-铂复合纳米材料。

进一步，所述惰气为O₃和5％H₂/Ar。

更进一步，所述惰气载N₂带入到反应腔的载气流量设置为3-7sccm。

本发明的上述方案中，所述反应腔温度为200-400℃。

更具体地，所述反应腔温度为200-300℃。

在上述方案中，所述循环沉积圈数为30-100圈。

本发明还提供了一种通过上述方法制备得到的一种石墨烯-铂复合纳米材料。

进一步，还提供上述石墨烯-铂复合纳米材料在降解环境污染物中的应用。包括以下步骤：将石墨烯-铂复合纳米材料与待降解环境污染物放入容器中，在避光和充入空气的情况下磁力揽拌，然后用紫外灯进行照射。