[发明专利]一种银-石墨烯复合材料及便捷生产银-石墨烯复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于以石墨烯为基底，并在其表面负载银纳米颗粒的制备技术，属于纳米材料技术领域。

背景技术

石墨烯由于具有极大的比表面积、较高的电导率、较好的物理化学稳定性及生物相容性等独特的性质，因此自2004年发现以来，以石墨烯作为基底的石墨烯基复合材料一直是大家研究的热点。以石墨烯为基底的纳米复合材料可以广泛的应用于催化、降解、能量存储等方面。石墨烯基复合材料的制备主要有两种方法，一是以氧化石墨烯做为前躯体制备复合材料，由于氧化石墨烯上含有大量的化学官能团(羟基、羧基、环氧基)，这些基团可以有效的作为纳米金属颗粒的结合位点，使得石墨烯具有较大的负载量，因此在目前应用的比较广泛。然而，石墨烯片上化学官能团的存在破坏了石墨烯良好的sp²杂化结构，尽管大部分官能团可以通过化学还原去除，但是氧化过程中所造成的结构缺陷仍然影响了石墨烯的性能。而通过微机械剥离、液相超声剥离、湿法球磨剥离等方法制得的石墨烯由于结构缺陷较少，在理论上性能更好，但是通过这些方法制得的石墨烯片上的结合位点较少，会使得纳米颗粒与石墨烯片复合的难度增加，负载量下降，此外，通过这些方法制得的石墨烯的尺寸较小、产率一般都很低，从而影响了其进一步的应用。

银-石墨烯基复合材料具有很好的抗菌、催化、储能等性能。例如沈等通过还原附着于氧化石墨烯上的银离子所形成的Ag/石墨烯复合材料表现出来了很好的抗菌活性(J Shen.et al.Nano Research，3，339-349(2010))；Kima等利用类似的方法制得的复合材料用于超级电容器方面，表现出良好的储能性能，比电容可达140F/g(K.S.Kima，et al.Synthetic Metals，160，2355-2360(2010))。但是这些通过沉积化学还原法制得的Ag纳米颗粒一般具有较大的尺寸，从而影响复合材料的性能。因此将具有较小尺寸的银纳米颗粒负载于具有较好晶型结构的石墨烯上，可以使得复合材料的性能获得较大的改善。

发明内容

本发明的目的在于克服上述复合材料制备过程中的不足，在对石墨晶体进行彻底剥离的同时，使银纳米颗粒均匀的附着于石墨烯表面，一步制得银-石墨烯复合材料。本发明使得该复合材料的制备过程大大简化，提供了一种易于扩大规模，实现工业化的银-石墨烯基复合材料的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：在有机溶剂-水体系中对石墨及硝酸银进行球磨；其中，所选用的有机溶剂为极性溶剂，介电常数为15～125。

所述生产银-石墨烯复合材料的方法，具体通过如下过程实现：

一、首先将石墨加入到球磨罐中，然后加入介电常数为15～125的极性溶剂、水以及硝酸银并球磨。

二、球磨完成后，将混合液用介电常数为15～125的极性溶剂重新分散并静置，待体系稳定后，将上层悬浮部分倒出，过滤出沉淀，水洗、干燥后获得银-石墨烯复合材料。

上述介电常数为15～125的极性有机溶剂为甲酸、甲醇、乙醇、丙酮、环己酮、四甲基脲、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、乙酰胺、N-甲基乙酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、吡咯烷酮、吡咯、吡啶等中的一种或多种混合物。

上述球磨过程中所使用的有机溶剂和水的体积比为0.1～50∶1。

上述所使用的石墨与硝酸银的质量比为1∶0.1～10。

采用上述方案后，本发明与现有技术相比，优点在于：

1、以石墨为原材料，选用介电常数为15～125的有机极性溶剂，能一步法制得银-石墨烯复合材料，制备过程简单，易于扩大规模，实现工业化生产。复合材料的产率为所加石墨质量的30％～50％。

2、复合材料中，银纳米颗粒尺寸小于50nm且大小均一、均匀分散在石墨烯表面，石墨烯厚度在1～10个碳原子层之间，且具有良好的晶体结构。

附图说明

图1为实施例1所制得银-石墨烯复合材料的XRD图。

图2为实施例1所制得银-石墨烯复合材料的透射电镜图。

图3为不使用有机溶剂球磨制得的复合材料的XRD图。

图4为本发明银-石墨烯复合材料的制备方法的示意图。

具体实施方式

实施例1：