[发明专利]一种石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快速制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，更具体涉及一种快速大量制备石墨烯/纳米粒气凝胶的方法。

背景技术

石墨烯自2004年被A.K.Geim教授课题组成功制备后，又逐渐发现其优异的光电性能、机型性能、热血性能，迅速成为研究热点。石墨烯气凝胶作为石墨烯的宏观组装材料，具有超轻、高弹性、高比面积、疏水，阻燃等一系列性质，得到了很大的关注。

现有的制备石墨烯气凝胶一般有水热法，模板导向法，添加物交联法。这些方法制成的一般需要多个步骤，耗时长，或者功能单一。简洁有效的制作性能优异的石墨烯气凝胶越来越受重视。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速大量制备石墨烯/纳米粒气凝胶的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快速制备方法，包括

将氧化石墨烯水溶液和还原剂混合制得混合液；

向所述混合液Ⅰ中加入有机金属框架纳米粒溶液或金属氧化物纳米粒溶液，并超声混合制得混合液Ⅱ；

将混合物Ⅱ烘干制得水凝胶，继续冷冻干燥制得气凝胶。

在一些实施方式中，所述混合为超声混合。

在一些实施方式中，所述还原剂为水合肼或维生素C。

在一些实施方式中，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为1-4mg/mL。

在一些实施方式中，所述氧化石墨烯与所述还原剂的比例为1mg：1-3uL。

在一些实施方式中，所述氧化石墨烯与所述金属氧化物纳米粒颗粒的质量比为1:0.5-4。

在一些实施方式中，所述混合物Ⅱ置于烘箱中烘干，温度为80℃-100℃，时间为0.5h-6h。

在一些实施方式中，所述有机金属框架含有金属离子，所述金属氧化物纳米粒含有金属离子。

其有益效果为：本发明中的还原剂可去除氧化石墨烯中的含氧基团提高π-π键的堆积，进而提高有机金属框架和石墨烯的进行自行组装的能力，本发明中的金属颗粒使石墨烯片快速自组装并赋予其功能性。

本发明的制备方法由于还原剂和金属离子的共同作用，在95°下只需要1h 就行形成水凝胶，水凝胶的形成较为快速，安全可控，耗能耗时少。

本发明中的还原剂使得氧化石墨烯中含氧基团的去除，形成的气凝胶具有疏水、阻燃和导电的性能；由于有机金属框架如2-甲基咪唑本身是多孔聚合物和疏水性以及粗糙结构，赋予气凝胶超疏和高比面积的性能；金属氧化物如四氧化三铁可赋予气凝胶磁性。

附图说明

图1是氧化石墨烯/2-甲基咪唑锌盐的扫描电镜图；

图1a是氧化石墨烯和氧化石墨烯气凝胶/2-甲基咪唑锌盐的红外光谱；

图1b是氧化石墨烯和氧化石墨烯气凝胶/2-甲基咪唑锌盐的拉曼光谱；

图1c是氧化石墨烯气凝胶/2-甲基咪唑锌盐的X射线衍射图谱；

图2是氧化石墨烯/四氧化三铁的扫描电镜图；

图2a是氧化石墨烯和氧化石墨烯气凝胶/四氧化三铁的红外光谱；

图2b是氧化石墨烯和氧化石墨烯气凝胶/四氧化三铁的拉曼光谱；

图2c是氧化石墨烯气凝胶/四氧化三铁的X射线衍射图谱；

图3是氧化石墨烯气凝胶/ZnO的电镜图；

图4是氧化石墨烯气凝胶/Mil-88(Fe)的电镜图；

图5是氧化石墨烯气凝胶/CuO的电镜图。

具体实施方式

实施例1

将12mL含1mg/mL氧化石墨烯水溶液与1uL的还原剂水合肼超声混合后装入小瓶，再向小瓶中加入600uL浓度为20mg/mL的2-甲基咪唑锌盐纳米颗粒溶液超声混合，将小瓶密闭置于90℃的烘箱中1h，制得水凝胶，取出水凝胶冷冻干燥制得气凝胶。如图1所示，具有立方晶型的2-甲基咪唑锌盐(ZIF-8)均匀的分布在石墨烯片层上。如图1a、1b和1c所示，氧化石墨烯的C＝O被还原，制成的新形混合物气凝胶多出了ZIF-8的特征峰。

实施例2

将10mL含1.5mg/mL氧化石墨烯水溶液与1uL的还原剂水合肼超声混合后装入小瓶，再向小瓶中加入700uL浓度为30mg/mL的四氧化三铁纳米颗粒溶液超声混合，将小瓶密闭置于90℃的烘箱中1h，制得水凝胶，取出水凝胶冷冻干燥制得气凝胶。如图2所示，小颗粒的四氧化三铁均匀的分布在石墨烯片层上。如图2a、2b和2c所示，氧化石墨烯的C＝O被还原,制成的新形混合物气凝胶多出了四氧化三铁的特征峰。

实施例3