[发明专利]基于海绵模板的石墨烯/纳米银纳米复合材料

说明书

本发明公开了一种基于海绵模板的石墨烯/纳米银纳米复合材料，将海绵作为载体，通过静电作用层层自组装纳米银颗粒和石墨烯。本发明以商业海绵作为模板指引纳米银和石墨烯的三维宏观自组装，制备出可在吸附材料、光电器件、生物医药领域具有广泛应用前景的三维宏观纳米结构单元组装体。

技术领域

本发明涉及一种基于海绵模板的石墨烯/纳米银纳米复合材料，属纳米复合材料领域。

背景技术

无机纳米材料是指尺寸处于1-100nm的材料，相对于其它纳米材料，无机纳米材料具有制备简单，成本低廉、粒径均一等优势，在光催化、太阳能电池、生物、医药、纺织、印染、可穿戴电子设备等领域有着广泛的研究和应用。在众多类型的无机纳米材料中，氧化锌占据着重要的位置。纳米银是一种重要的光电半导体材料，在室温下具有较宽的禁带宽度（3.37eV）和较大的激子束缚能。纳米银具有许多优良的物理和化学性能，如较高的化学稳定性，无毒和非迁移性，低介电常数，光催化性能，荧光性，压电性，吸收和散射紫外线的能力等，因此纳米银在许多领域都具有重要的研究意义，并表现出诱人的应用前景。近年来纳米银在催化剂、气体传感器、半导体器件、压敏电阻、压电器件、场致发射显示器和紫外遮光材料等领域被广泛使用。

在过去的十年里，研究人员对纳米颗粒的组装体研究兴趣越来越高，他们在纳米结构单元的一维、二维、三维自组装和指引组装方面已经做了大量的工作。模板法是制备纳米组装体的最常用方法，其在过去十年里已取得了快速发展，但纳米结构单元组装体作为材料设计和制备的新技术，必须要能在当前的加工技术和设备条件下实现规模化生产，而这正是当前模板法制备纳米组装体的一个难点。因此，还需简化组装流程，采用廉价易得的模板材料，开发纳米组装体的宏量制备技术，最终实现纳米组装体的实际应用。

中国科学技术大学俞书宏课题组在这方面做了一系列的工作。该课题组以廉价易得的商业海绵以海绵为模板制备了一系列纳米结构的单元组装体。他们以海绵为模板制备了金/二氧化铈纳米线三维材料（以海绵为载体负载金/二氧化铈纳米线三维材料的制备及其在连续流动系统中原位还原对硝基苯酚(英文)[J]. Science Bulletin,2016,61(09):700-705）；以海绵作为宏观三维框架模板，通过简单的纳米浆料浸涂手段，使银纳米线（AgNWs）在海绵框架模板的指引下，形成具有双重网络结构的AgNWs三维宏观组装体；采用纳米浆料浸涂工艺，以商用聚合物海绵为模板指引氧化石墨烯（GO）的三维组装，制备出具有微米级互通孔洞结构的三维GO宏观组装体，经HI酸还原后可得相应的还原石墨烯（RGO）三维宏观组装体；以商业聚合物海绵为模板，通过纳米浆料浸渍过程，将疏水二氧化硅纳米颗粒（SiO₂ NPs）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）橡胶的混合物包覆到海绵的骨架表面上，制备出多孔疏水亲油性材料。（基于海绵模板指引的宏观纳米组装体制备及应用研究[D].中国科学技术大学,2016）。

上海大学李辈辈使用聚氨酯（PU）海绵作为基体材料，通过石墨烯进行浸涂改性，制备超疏水超亲油的聚氨酯海绵吸油材料；为了提高石墨烯在海绵表面的稳定性，利用硅烷偶联剂KH-570对石墨烯进行改性，再通过浸涂方法将改性石墨烯负载到海绵上，从而得到改性石墨烯负载的海绵（亲油疏水型海绵和膜基油水分离材料的制备及其性能研究[D].上海大学,2016）。

湖南师范大学杨啸天受海洋贝类生物黏附蛋白的启发，在碱性环境下利用多巴胺的自聚合性质，在聚氨酯海绵表面聚合活性聚多巴胺薄层，采用葡萄糖还原银离子进一步沉积微纳米银粒子构筑表面微纳结构，并水解聚二甲基硅氧烷前驱体对表面进行疏水改性，制备出了接触角大于150°的超疏水表面（聚二甲基硅氧烷/微纳米银/聚多巴胺修饰的超疏水海绵的制备和应用[J]. 应用化学,2015,32(06):726-732）。华北电力大学翟文华研究了负载有纳米银粒子的普通海绵对水中Hg²⁺离子的吸附特性，考察了吸附条件，发现纳米银海绵对汞有很好的脱除效果，饱和吸附容量可达2.87mg.g^-1（新型纳米复合材料吸附富集不同形态汞的研究[D].华北电力大学,2014）。