[发明专利]一种纳米贵金属-碳纳米管-石墨烯复合材料的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料制备领域，更具体地，涉及一种纳米贵金属-碳纳米管-石墨烯复合材料的制备方法及其产品。

背景技术

贵金属纳米复合材料是指运用纳米技术对金、银和铂族金属之类的贵金属进行深加工使其具备纳米尺寸，并与其他材料共同复合构成的新材料。由于贵金属纳米材料拥有高比表面积、高密度表面晶格缺陷以及高表面能等特性，其所构成的复合材料在催化、敏感材料、电学、磁学及军事等诸多方面均有广泛应用。尤其是，贵金属本身就具备优良的催化活性，当其制成纳米颗粒后比表面积大大增加且有丰富悬空键，因此是一种活性很高、选择性好的催化剂产品。

氧化石墨烯是将石墨在H2SO4、HNO3等强酸和KMnO4等强氧化剂的作用下，经过插层、水解和剥离处理后形成的含有-C-OH、-C-O-C、甚至-COOH等基团的单层及多层化合物。氧化石墨烯可以认为是官能化的石墨烯，由于氧化石墨烯平面上具有大量的含氧官能团，使其具有很强的极性，在水中有良好的分散性能。此外，表面管能团的存在使其容易与其他化合物结合，更容易被修饰。氧化石墨烯的这些性质使其容易相互连接，形成三维自组装体。鉴于氧化石墨烯的以上特性，现有技术中已经提出了利用贵金属与氧化石墨烯来制备复合材料的方法，以便获得新型的复合材料产品。

例如，CN201210268123.4中公开了一种具有表面增强拉曼效应的氧化石墨烯/纳米贵金属复合材料的制备方法，该方法将氧化石墨烯分散在硅烷偶联剂的醇溶液中，反应得到硅烷偶联剂接枝的氧化石墨烯材料，然后将它与贵金属溶胶按一定比较混合，贵金属纳米颗粒吸附聚集在氧化石墨烯表面形成纳米贵金属/氧化石墨烯的复合材料。CN201010241951.X中公开了一种氧化石墨烯三维自组装体及其制备方法，其中采用将贵金属化合物和还原性物质溶入氧化石墨烯的悬浮液中，然后予以水热处理，由此得到贵金属纳米粒子均匀分散在氧化石墨烯片上的三维自组装体。然而，上述方法中由于需要采用柠檬酸、聚乙二醇或硼氢化钠等还原剂制备贵金属，因此存在制备成本高以及还原剂的使用对环境有污染等不足。相应地，在本领域中亟需对贵金属纳米复合材料的反应机理进行进一步的研究并寻找新的制备方法，以便获得具备更佳综合性能的贵金属纳米复合材料产品。

发明内容

针对现有技术的以上不足或改进需求，本发明的目的在于提供一种纳米贵金属-碳纳米管-石墨烯复合材料的制备方法及其产品，其中通过对关键反应物及其反应条件的研究和改进，能够以利于环保、便于质量控制及高效率的方式来制得新型的纳米贵金属复合材料产品，且该复合材料中贵金属离子均匀致密分布在载体表面，并体现出优良的催化性能。

按照本发明的一个方面，提供了一种纳米贵金属-碳纳米管-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）以去离子水为溶剂，先后加入作为溶质的氧化石墨烯和多壁碳纳米管并执行混合搅拌，由此获得氧化石墨烯和多壁碳纳米管前驱体的混合溶液，其中配料比控制为每100ml去离子水中，氧化石墨烯和多壁碳纳米管的质量比为120～160mg：60～100mg，；

（b）将所获得的混合溶液在温度为25℃～40℃、超声功率为100～300W的条件下执行超声反应1～2小时，然后将其转移置水热釜中执行水热处理，水热处理后缓慢冷却至室温，由此得到石墨烯-碳纳米管的复合固体产物；

（c）将步骤（b）所得到的复合固体产物加入去离子水中配成质量浓度为0.4-1.2mg/mL的溶液，然后滴入贵金属氯酸盐溶液，在0℃～20℃下充分搅拌后离心析出，由此获得所需的纳米贵金属-碳纳米管-石墨烯复合材料产品。

通过以上构思，由于采用石墨烯-碳纳米管三维复合材料和贵金属氯酸盐作为反应关键物来执行氧化-还原反应，能够充分利用氧化石墨烯易于相互连接形成三维自组装体以及碳纳米管的高模量、高强度、良好光学和储氢性能的特点，在反应过程中贵金属离子首先会被石墨烯-碳纳米管复合材料吸附在其表面并被其还原，与此同时石墨烯-碳纳米管得以部分氧化，这样在石墨烯表面能够有效吸附固着纳米量级的钯金属颗粒，从而制得所需的纳米贵金属-碳纳米管-石墨烯复合材料产品。该反应过程与现有技术相比，能够有效避免使用对环境存在污染的还原性物质，降低生产成本并提高反应效率，而且吸附在石墨烯表面的纳米钯颗粒分布均匀，其平均尺寸经测试表明为3～5nm左右。

作为进一步优选地，在步骤（b）中，所述水热处理的温度为40℃～300℃，水热处理时间为6～72小时。