[发明专利]液相还原法制备石墨烯负载纳米铜粉体材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用液相还原法制备石墨烯负载纳米铜粉体材料的方法。

背景技术

石墨烯是一种由sp²杂化的碳原子以六边形排列形成的周期性蜂窝状二维碳质新材料，其厚度只有0.335nm，自发现以来备受瞩目。石墨烯由于具有独特的热学、力学、电学和生物相容等特性，在电子输运器件、电极电容器件、传感器以及复合材料等领域的发明内容中均有巨大的应用前景。室温下石墨烯的载流子迁移率是普通硅片的十倍，受温度和掺杂效应的影响很小，表现出室温亚微米尺度的弹道传输特性。这是石墨烯作为纳米电子器件最突出的优势。石墨烯本身具有较高的比表面积，同时如果金属颗粒同样具有较高的分散性，就使得这种复合材料有很高的导电性，可以应用到纳米电子仪器中，燃料电池和磁性记录等方面，而便捷、低成本的金属/石墨烯复合材料制备方法成为科研工作的追求。

目前制备石墨烯的方法有很多，如机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等，其中机械剥离法制备的石墨烯通常晶体质量非常好，但尺寸太小且产量低；气相沉积法可以满足规模化制备高质量石墨烯的要求，但成本太高、工艺复杂，这些都限制了材料的商业化发展。

发明内容

本发明是要解决现有的石墨烯制备方法复杂，成本高的问题，提供液相还原法制备石墨烯负载纳米铜粉体材料的方法。

本发明液相还原法制备石墨烯负载纳米铜粉体材料的方法，按以下步骤进行：一、取石墨，加入质量浓度为98％的浓硫酸，在0～4℃下搅拌30～50min，得混合物A；二、在0～4℃条件下向混合物A中加入高锰酸钾，搅拌2～3h，得混合物B；三、将混合物B放入33～36℃水浴10～12h，再加入蒸馏水稀释，混合物B与蒸馏水的体积比为1∶5～7，然后加入质量浓度30％的过氧化氢溶液和质量浓度5％的稀盐酸，冷却到室温后抽滤，得固体，再向固体中加入蒸馏水至固体质量分数为0.7％～1.0％，然后放入半透膜中渗析处理直至中性，获得溶胶；四、向溶胶中加入蒸馏水稀释至溶胶浓度为0.01g/mL，向稀释后的溶胶中加入0.1mol/L的CuSO₄·5H₂O溶液，超声混合30～60min，然后依次加入质量浓度80％的水合肼溶液和0.5mol/L的NaOH溶液，之后以300r/min搅拌1～2h，然后离心获得产物，将产物用蒸馏水洗涤后于40～50℃真空干燥24h，即得到石墨烯负载纳米铜粉体材料；其中步骤一中石墨与浓硫酸的比为1g∶40～45mL；石墨与高锰酸钾的质量比为1∶8～9；步骤三中混合物B与过氧化氢溶液的体积比为2.5～3∶1，混合物B与稀盐酸的体积比为2.5～3∶1；步骤四中稀释后的溶胶与CuSO₄·5H₂O溶液的体积比为2∶1，稀释后的溶胶与NaOH溶液的体积比为2∶1，稀释后的溶胶与水合肼溶液的体积比为10～11∶1。

本发明的优点：

1、本发明使用氧化法制备氧化石墨烯，再将石墨烯和铜离子混合同时被还原得到纳米铜粉石墨烯复合材料，方法简单、快捷，不用添加任何表面修饰剂，石墨烯表面金属粒子分布均匀、化学性能稳定。

2、本发明方法的成本低，所用原料为天然鳞片状石墨，价格低廉。

3、本发明中以水合肼为还原剂，水合肼在反应过程中产生氮气能有效阻止纳米铜的氧化，同时产生的水对反应没有影响；

4、氧化处理过的石墨烯在反应中既是修饰剂同时也是模板；石墨烯薄膜表面上的含氧基团提供了大量连接金属铜的结合点，同时，其有效的将铜纳米粒子的尺寸控制在50nm左右，能均匀的分布石墨烯表面；石墨烯与金属铜间为化学键连接，化学性能稳定。

附图说明

图1为具体实施方式八制备的石墨烯负载纳米铜粉体材料的扫描电镜照片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。