[发明专利]石墨烯场发射阴极及其制备方法

权利要求书

1.一种石墨烯场发射阴极，其特征在于，包括：

导电基底；

呈直立状地生长于所述导电基底上的石墨烯纳米片；

结合在所述石墨烯纳米片表面上的金属纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的石墨烯场发射阴极，其特征在于，所述石墨烯纳米片的厚度为0.5nm～5nm；和/或，

所述石墨烯纳米片的生长高度为5μm～20μm；和/或，

所述石墨烯纳米片在所述导电基底上的分布密度为10⁷～10⁸片/mm²。

3.根据权利要求1所述的石墨烯场发射阴极，其特征在于，所述导电基板为钛基板、钽基板、不锈钢基板或玻璃碳基板。

4.根据权利要求1-3任一所述的石墨烯场发射阴极，其特征在于，所述金属纳米颗粒的功函数不大于5.7eV；和/或，所述金属纳米颗粒的粒径为10nm～100nm；和/或，所述金属纳米颗粒在所述石墨烯纳米片表面上的分布密度为10⁹～10¹¹个/mm²。

5.根据权利要求4所述的石墨烯场发射阴极，其特征在于，所述金属纳米颗粒选自钯纳米颗粒、金纳米颗粒、铜纳米颗粒、铂纳米颗粒和银纳米颗粒中的至少一种。

6.一种如权利要求1-5任一所述的石墨烯场发射阴极的制备方法，其特征在于，包括：

提供所述导电基底并进行清洗处理；

配制包含有氧化石墨烯和目标金属离子的混合溶液；

以所述混合溶液为电解质溶液，以所述导电基底为工作电极，采用三电极体系的电沉积工艺制备获得所述石墨烯场发射阴极；

其中，在电沉积工艺过程中，所述混合溶液中的氧化石墨烯沉积在所述导电基底上并被还原为石墨烯，形成为呈直立状地生长的石墨烯纳米片，所述目标金属离子被还原为金属纳米颗粒并结合在所述石墨烯纳米片的表面。

7.根据权利要求6所述的石墨烯场发射阴极的制备方法，其特征在于，所述配制包含有氧化石墨烯和目标金属离子的混合溶液包括：

配制氧化石墨烯纳米片分散液；

配制包含目标金属离子的可溶性金属盐溶液；

将所述可溶性金属盐溶液加入到所述氧化石墨烯纳米片分散液中搅拌混合，获得所述混合溶液。

8.根据权利要求7所述的石墨烯场发射阴极的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，所述氧化石墨烯纳米片的浓度为0.1g/L～0.5g/L，所述目标金属离子的浓度为3mM～8mM。

9.根据权利要求7所述的石墨烯场发射阴极的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯纳米片的横向尺寸为1μm～10μm，厚度为0.5nm～5nm；

和/或，

所述目标金属离子为钯、金、铜、铂和银离子中的至少一种，对应的所述可溶性金属盐选自Na₂PdCl₄、HAuCl₄、CuSO₄、CuCl₂、H₂PtCl₆、K₂PtCl₆、Na₂PtCl₄和AgNO₃中的至少一种。

10.根据权利要求6-9任一所述的石墨烯场发射阴极的制备方法，其特征在于，所述三电极体系的电沉积工艺中，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂片电极，电压扫描速率为20mV/s～80mV/s，扫描电压范围为-1.4V～0.6V，循环扫描3～10次。