[发明专利]一种在石墨烯表面包覆金属铜或镍的制备方法

说明书

本发明公开了一种在石墨烯表面包覆金属铜或镍的制备方法，首先对石墨依次进行预处理及氧化处理，然后将氧化后的石墨进行超声处理后得到石墨烯，在镀液中将石墨烯表面包覆金属铜或镍，镀覆结束后洗涤、真空干燥即可得到表面包覆有金属铜或镍的石墨烯。本发明制备方法通过化学共沉积法制备镀铜石墨烯、镀镍石墨烯，通过在石墨烯表面包覆金属，使金属粒子均匀分布在石墨烯薄片上，其数量可控，金属与石墨烯的结合良好，使包覆粉体兼备两者的特性，改善石墨烯与金属的润湿性；金属镍或铜包覆石墨烯的制备工艺简单高效、能耗少、成本低、生产效率高、易于大规模批量生产。

技术领域

本发明属于碳基材料的改性方法技术领域，具体涉及一种在石墨烯表面包覆金属铜或镍的制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)被称为“21世纪的明星材料”，研究表明石墨烯独特的二维平面结构使其具有优异的导电性能、热导率，高于碳纳米管和金刚石，是室温下铜的热导率的10倍多，石墨烯是世界上最薄、最坚硬的物质，其杨氏模量达1.0TPa，强度达130GPa，比世界上最好的钢铁还要高100倍。石墨烯本身除了用作功能材料外，通常还作为增强体用到相关金属基复合材料中，但在金属基体中分散性差、与基体材料的润湿性及界面间结合性能差等问题，严重制约了其在复合材料的应用。比如，石墨烯作为纳米增强体，亟待解决的问题之一是与金属基体的界面问题，使二者能够充分结合，更好的传递载荷、电子和热流等，充分发挥石墨烯的增强作用。二是纳米尺度增强体颗粒材料的加入，如何解决分散均匀性，避免颗粒团聚降低力学性能，破坏材料均一性又是研究中面临的实际问题。因而若首先在石墨烯表面包覆金属，然后再与金属基体复合，可以阻止石墨烯的聚集，同时，能量和电子在石墨烯及金属之间能够有效传递，让金属粒子均匀分布在石墨烯薄片上，数量可控，金属与石墨烯的结合良好，改善石墨烯与金属的润湿性，使包覆粉体兼具石墨烯和金属两者的优良特性，在能源、催化及生物医药、传感器、光谱学等领域具有广阔的应用前景。本发明具体涉及在石墨烯表面镀覆金属铜或镍，在石墨烯表面镀镍，将进一步改善其导电性、抗蚀性、硬度、催化、储能等物理化学性能，使之不仅可以作为一种改性的导电填料，还可以作为耐腐蚀材料、催化剂、电极材料、电磁干扰材料、微波吸收材料等。而在石墨烯表面镀铜，可进一步改善导电、导热性能、耐蚀性，改善石墨烯与其他金属复合时的界面润湿性能，不仅可以使石墨烯作为优良的增强材料，并且包覆金属铜之后的石墨烯作为一种新型纳米材料而广泛应用于催化剂、传感器、光谱学等领域。

目前制备金属包覆石墨烯的方法主要有化学镀、电沉积、化学气相沉积。化学镀是在同一溶液中的金属盐和还原剂在具有催化活性的基体表面上进行自催化氧化还原反应在石墨烯表面获得沉积分布均匀，粒径统一、细小金属颗粒。该方法镀覆时镀液分散能力好、镀层厚度均匀、工艺设备简单，不需要电源；较容易控制金属颗粒尺寸、形状。一般化学镀需经过敏化、活化、镀覆等繁琐的步骤，整个过程需要花费很长的时间，并且洗涤过程中石墨烯的损失量较大，导致整个镀覆的周期长，而且所用的活化药品如氯化钯、硝酸银等价格昂贵，这对于大规模工业应用是不利的。电沉积是用铝基板(或铜箔)与直流电源负极相连，将预镀覆的纯金属和直流电源正极相连，镀槽中含有预镀覆金属离子和氧化石墨烯的溶液。接通电源后，预镀覆金属及石墨烯便在阴极上同时析出。该方法需要配置专业的直流电源，溶液稳定性好，溶液的维护、调整和再生比较简单而且镀液成本低、效率高；但镀覆均匀性差，镀液中加入的导电盐会引入杂质，对包覆粉体的性能不益。化学气相沉积是以碳氢化合物为碳源，同时将预镀金属装在石英舟中放在反应室中，在保护气氛下，加热到一定温度，在金属基体上生长石墨烯的同时预镀金属同时沉积在石墨烯表面形成包覆金属石墨烯。该方法可以控制涂层的密度和涂层纯度，可以在常压或者真空条件下镀覆、节能。但化学气相沉积也对原料、产物及反应的类型有较高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种在石墨烯表面包覆金属铜或镍的制备方法，简单易行，包覆粉体兼备两者的特性，改善了石墨烯与金属的润湿性。