[发明专利]一种石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯夹心金纳米颗粒的纳米片的制备方法，利用静电诱导组装进行次序组装得到氧化石墨烯复合膜，再将膜进行还原得到石墨烯复合膜，最后将复合膜粉碎得到纳米片，该纳米片具有夹心结构，金纳米颗粒位于石墨化程度比较高的石墨烯层间。得益于石墨烯很好的限域和隔离效应，该复合纳米片中的金纳米颗粒具有良好的热稳定性，在加热到500℃时，仍然能维持原来的形状而不团聚，此纳米片具有良好的光热效果，当将纳米片抽滤在滤纸上时，具有良好的光吸收，在光的照射下能够达到很高的温度；将膜制备成光热水蒸发器后，具有较高的水蒸发效率，在10kW的光强下达87.9％，可以应用于海水淡化等需要在高温下进行的领域。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片及其制备方法。

背景技术

目前，由于金属纳米颗粒具有显著的等离子体效应，因而在光热转换材料中具有广泛的应用，特别是利用太阳能进行水蒸发进行污水净化或者海水蒸发淡化等。然而，金属纳米颗粒具有超高的比表面积，表面的原子处于不平衡状态，且存在很多的悬键，倾向于与其他原子结合，因而具有较高的活性。根据爱因斯坦模型，表面的原子的热稳定性相对于本体晶格中的原子较差，会在远低于熔点的情况下产生融化，也就是通常所谓的表面熔融效应。高光强产生的高温会将纳米颗粒熔融，长时间使用后，性能会出现明显的衰减。因而，良好的热稳定性和化学稳定性对于维持金属纳米颗粒的性能具有重要的作用。

纳米限域效应为解决这些问题提供了良好的方法。当限域空间减小到一定尺度时，经典热力学的熔点理论和Gibbs–Thomson效应便不再适用。例如，限域在碳纳米管中的物质的熔点具有超高的熔点，此外，具有优异热稳定性的纳米催化剂也被制备出来，例如，强作用配体的金纳米颗粒，限域在多孔硅(SBA-15)中的铂纳米颗粒和银纳米颗粒等。

《自然光子学》期刊2016年第10卷393页起报了到一种基于铝纳米颗粒的等离子体效应的器件，铝纳米颗粒均匀的负载在阳极氧化铝上，该器件在可见光及红外波段都具有良好的等离子体响应和显著增强的光热转换效率。

《先进材料》期刊2015年第27卷2768页起报道了一种具有等离子体效应的薄膜，他们将金纳米颗粒的膜负载在无尘纸上，这种等离子效应的膜可以达到原位高温从而实现水的蒸发，具有较高的蒸发效率(77.8％)。

《科学报告》期刊2015年第5卷13600页起报道了一种阳极氧化铝负载的金颗粒的膜，在光强为～14.3kW m^-2的氙灯的照射下，表面温度可以超过160℃，纳米金颗粒因为温度过高而熔融在一起。

《物理化学期刊B》期刊2005年第109卷3104页起报道了激光诱导的金纳米颗粒的表面熔融效应，由于表面熔融效应，在远低于金熔点(1060℃)的情况下，金纳米颗粒就出现变形，他们使用透射电子显微镜直接观察到了形状转变的过程。

《美国化学会制》期刊2006年第128卷15756页起报道了介孔二氧化硅(SBA-15)限域的银纳米颗粒，发现未限域的银纳米颗粒在低于773K的温度下就开始发生熔融而团聚，SBA-15限域的银颗粒在高于873K的温度下才开始发生熔融，证明了限域效应有利于金属纳米颗粒的热稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片的制备方法，本发明制备得到的石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片热稳定性好，光热转换效率高。

本发明提供了一种石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片的制备方法，包括以下步骤：

A)在基板上形成氧化石墨烯膜；

B)采用修饰剂修饰氧化石墨烯膜表面，得到带正电的氧化石墨烯膜；

C)将金颗粒复合在所述修饰的氧化石墨烯膜上，得到金颗粒-氧化石墨烯复合膜；