[发明专利]一种在金属基底上制备原位石墨烯包裹金属氧化物纳米花结构的方法

说明书

本发明公开了一种在金属基底上制备原位石墨烯包裹金属氧化物纳米花结构的方法，金属基底包括铜基或镍基，具体操作步骤如下：(1)金属基底预处理分小块并除去表面的氧化层。(2)在金属基底上生长大面积连续的均匀石墨烯。(3)将金属基底涂胶烤干并刻蚀掉部分金属使石墨烯与金属基底脱离，加以电解、浓碱液浸泡后使其转化为金属氧化物纳米颗粒，除去石墨烯上面的胶后形成石墨烯包裹氧化铜颗粒的结构。(4)最后在电压下脉冲，再于浓碱中浸泡后使得金属氧化物颗粒转变成金属氧化物纳米花，最终形成石墨烯包裹金属氧化物纳米花的结构。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种在金属基底上制备原位石墨烯包裹金属氧化物纳米花结构的方法。

背景技术

CuO是一种重要的p型过渡金属氧化物半导体，具有（Eg）1.2 eV的窄带隙，在电气、光学和光伏器件的制造，电极材料制造等多种领域具有广泛的应用。此外，由于其具有过渡金属氧化物所拥有的高电催化活性，从而在电催化领域也受到了广泛关注。这些应用主要依赖于CuO的形貌。迄今为止，已经使用各种制造技术合成了各种CuO纳米结构，包括纳米棒，纳米线，纳米管，纳米片，纳米带等各种形貌的CuO纳米结构。此外，还有一些复杂的CuO纳米结构，如花状，蒲公英状，树枝状等，这些分层纳米结构具有更多的暴露的活性位点，有利于气质传输等优点受到了人们的广泛关注。但CuO的导电性较差，阻碍了它的催化活性，因此，提高CuO的导电性是本领域内的难题。

近些年来，在铜基底上生长石墨烯的技术已相当成熟。用此种高质量的石墨烯与导电性较差的CuO结合起来制备一种石墨烯与CuO的复合材料在催化等领域应具有很大的潜力。但是如何将这种在基底上生长的石墨烯与导电性较差的CuO相结合仍然具有挑战性。

发明内容

本发明提供了一种在金属基底上制备原位石墨烯包裹金属氧化物纳米花结构的方法，不仅操作过程简单、反应温和，且产物重复性好。

一种在金属基底上制备原位石墨烯包裹金属氧化物纳米花结构的方法。所述纳米花的尺寸为500 nm^-1μm。所述金属基底包括铜基，对应的金属氧化物为CuO。述铜基包括有泡沫铜、铜箔。该方法包括以下步骤：

S1、在金属基底上制备大面积单层连续石墨烯，得到生长着石墨烯的金属基底，具体包含以下步骤。

S1-1：将金属基底置于管式炉中，炉温以40 °C min^-1的升温速率升至300 °C，使金属基底在300 °C条件下氧化15 min。

S1-2：氧化后的金属基底于流量为10 sccm的氢气氛中以78.5 °C min^-1的升温速率升温至1040 °C并在此温度下退火3 h。

S1-3：退火后再将炉内氢气流量升至40 sccm，并在炉中通入1.5 sccm的CH₄用以生长石墨烯3 h，反应完成后得到表面覆盖单层、均匀、连续石墨烯的金属基底。

S2：在所述生长着石墨烯的金属基底上制备金属氧化物纳米花，形成石墨烯包裹金属氧化物纳米花的结构，具体包含以下步骤：

S2-1：在长有石墨烯的金属基底上涂PMMA胶且使部分石墨烯脱离所述金属基底，并以脱离处为电解处理时的阳极，给金属基底加上3-25 V的电压用以生长金属基MOFs，所述金属基为铜基，配体为均苯三甲酸或间苯二甲酸，所述电解质的配体溶液为NH₄F。

S2-2：以浓碱浸泡金属基MOFs使之转化为金属氧化物纳米颗粒，再在300 °C下Ar氛中退火2h除去石墨烯上的PMMA胶，形成石墨烯包裹金属氧化物纳米颗粒的结构。

S2-3：用脉冲电压扫描后再于1 M KOH 浸泡24 h使金属氧化物纳米颗粒转化为金属氧化物纳米花，最终形成石墨烯包裹金属氧化物纳米花的结构。

本发明进一步设置为，所述金属基底为泡沫铜。