[发明专利]一种纳米氧化锌修饰石墨烯杂化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯杂化材料的制备方法，具体涉及一种纳米氧化锌修饰石墨烯杂化材料的制备方法。

背景技术

自从2004年英国科学家Andrew Geim等利用胶带微机械剥离高定向热解石墨制备得到石墨烯之后，石墨烯作为一种新型的纳米填料，由于其优异的力学性能、电性能和导热性能等，引起了人们极其广泛的研究兴趣。目前为止，由于能够大量制备石墨烯，氧化还原法是制备石墨烯的主要方法。但是，由于较强的层间范德华力，还原氧化石墨烯片层容易发生团聚，而导致石墨烯优异性能的丧失。

众所周知，氧化锌由于其具有出色的催化效率、着色性能、防腐作用、紫外线屏蔽能力、生物杀菌等性能，广泛应用于化工、橡胶工业、涂料、医疗卫生和食品行业等。但是，欧盟已经将氧化锌划定为剧毒化学品，并声明在制备高分子产品过程必须严格控制氧化锌的使用。同时，美国环境保护组织也认定氧化锌对水生植物具有很大的毒害作用。因此，降低氧化锌在高分子产品中的用量是势在必行的。而相比较于普通氧化锌，纳米氧化锌具有更大的比表面积，反应活性更高。在反应过程中，能够极大的增加纳米氧化锌与其他反应助剂的接触，进一步促进反应的进行。

本发明制备一种纳米氧化锌修饰石墨烯复合材料的方法。目前制备纳米氧化锌修饰石墨烯的研究较少，将其应用于橡胶材料中未有相关报道。中国专利CN101857222A，采用水热法制备得到石墨烯/氧化锌复合材料，并提出应用于传感器、太阳能电池和新型纳米器件等方面的应用前景。同时，中国专利CN102654474A,采用简单混合的方法，将石墨烯和氧化锌分散于溶剂中，进一步制备得到石墨烯/氧化锌薄膜，并应用于检测气体。另外中国专利CN103199126A采用溶胶凝胶法制备得到氧化锌-石墨烯透明导电薄膜，并提出能够作为透明导电玻璃运用于太阳能薄膜电池等等。但是这些制备方法存在一个共同的问题，就是不能够在制备石墨烯-氧化锌复合材料过程中，有效的控制石墨烯的团聚。同时，所制备得到的石墨烯/氧化锌复合材料的应用仅仅局限于光电材料方面的研究。

因此，通过制备使纳米氧化锌对石墨烯表面进行修饰，消弱了石墨烯片层间的范德华力，达到阻碍团聚的目的。同时，得到的纳米氧化锌具有很大的比表面积，能够有效的促进硫化交联，极大地降低氧化锌的用量，对锌资源的充分利用及生态经济具有重要的作用。同时在不影响石墨烯的性能前提下，有利于进一步扩大石墨烯的潜在应用范围。

发明内容

本发明克服上述技术缺陷，提供一种纳米氧化锌修饰石墨烯杂化材料的制备方法；首先将氧化石墨在水或有机溶剂中超声制备得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液，然后采用溶胶凝胶法制备氢氧化锌-氧化石墨烯溶胶凝胶，陈化后，采用强还原剂进一步还原得到氢氧化锌-石墨烯凝胶，最后高温处理制备纳米氧化锌修饰石墨烯杂化材料。

本发明首先在超声波作用下，对表面具有大量的含氧基团(羟基、羧基、羰基等)的氧化石墨进行超声处理，超声波能量能够克服片层间的范德华力和π-π键作用力，实现对氧化石墨片层的剥离，制备得到分散均匀的氧化石墨烯悬浮液。其次，将锌盐加入悬浮液中，采用溶胶凝胶法，首先制备得到氢氧化锌-氧化石墨烯溶胶。为了防止在还原过程中石墨烯发生团聚，将溶胶在室温下进一步陈化，形成网络结构较为完善的氢氧化锌凝胶，将氧化石墨烯片进一步隔离、禁锢。然后采用还原剂有效去除片层表面大量的含氧基团，得到氢氧化锌-石墨烯凝胶。最后，将纯化处理得到的干凝胶进行高温处理，氢氧化锌高温下脱水生成纳米氧化锌，并吸附在比表面积很大的石墨烯片层上，进一步阻止了石墨烯片层的团聚。

本方案目的通过以下方案来实现:

一种纳米氧化锌石墨烯杂化材料的制备方法，包括以下步骤:

(1)制备氧化石墨烯悬浮液：取氧化石墨分散于水或有机溶剂中，超声0.5～2.5h后，离心得到棕黄色氧化石墨烯悬浮液；

(2)制备氢氧化锌-氧化石墨烯溶胶：将锌盐溶解于蒸馏水中制成澄清的锌盐水溶液，并加入至步骤(1)制备得到的氧化石墨烯悬浮液中混合均匀，得到混合溶液；在持续超声的环境下，将碱类试剂逐滴滴至混合溶液中，超声0.5～1.5h后得到棕黄色的氢氧化锌氧化石墨烯悬浮液；

(3)制备氢氧化锌-石墨烯凝胶：将步骤(2)中制备得到的氢氧化锌氧化石墨烯悬浮液在紫外光下照射，在室温下静止陈化，得到一定稠度的氢氧化锌-氧化石墨烯凝胶，然后，加入过量的还原剂于凝胶中，在80～90℃恒温下反应6～24h后，采用水和乙醇反复洗涤，在50℃～70℃下真空干燥12～36h，得到黑色的氢氧化锌-石墨烯干凝胶；