[发明专利]石墨烯负载Cu-CuxO复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯负载Cu-Cu_xO复合材料，特别是一种石墨烯负载Cu-Cu_xO复合材料及其制备方法，属于新型功能复合材料制备方法技术领域。

背景技术

金属-氧化物半导体复合体系因其具有特殊的接触界面结构和电子性质，在信息、电子、催化和储能等领域中具有很大的潜力，其中Cu-Cu_xO半导体复合材料因具有较多的用途和低廉的成本而受到广泛研究。Wang R C等人在Acta Materialia 2011 822-829上报道了采用铜纳米枝晶单晶经特殊热处理制备Cu-Cu₂O和空心Cu₂O纳米枝晶，其具有特殊的拉曼光谱特性，在传感器，电子器件和药物运输等方面具有很大的应用潜力。Zhou B Z等人在Mater Chem Phys2011 847-853上报道了采用溶剂热法合成花状Cu₂O/Cu纳米复合材料，用于普施安红降解时表现出很高的光催化活性。然而上述材料的制备过程比较复杂，合成条件要求较高，不利于工业化生产；同时这类复合相纳米颗粒通常存在容易团聚和体积变形等问题，从而丧失其优异的表面物理化学性能。

石墨烯是一种新型二维碳纳米材料，由单层原子紧密堆积成二维蜂窝状结构。研究表明，石墨烯具有大的比表面积、超强导电性、较好的化学稳定性和宽广的电化学稳定窗口等一系列优异性能。近年来研究者发现，将纳米材料负载到石墨烯片层上，可以显著提高材料的电导率、电化学容量和光电转化效率等性能。Wang H等人在JACS 2010 13978-13980上报道了采用两步法液相反应制备Mn₃O₄-石墨烯复合材料，将其用作锂离子电池电极材料时，具有高达900mAh/g的储锂容量，并且表现出很好的倍率性能和循环性能。Song H J等人在JMater Chem 20115972-5977上报道了采用水热法制备石墨烯负载SnO₂复合材料，将其用在爆炸气体检测中表现出很高的探测效率。因而采用合理有效的制备手段，将金属-氧化物半导体复合体系与石墨烯复合，获得综合性能优异的多相复合材料，是解决上述问题的有效方法。Wang B等人在J Mater Chem 201010661-10664上报道了采用自组装法制备CuO/石墨烯纳米复合材料，将其用作锂离子电池负极材料时，以65mA/g电流密度充放电，100周后仍具有高达600mAh/g的可逆储锂容量，并且表现出很好的倍率性能和循环性能。而迄今关于Cu-Cu_xO半导体复合体系与具有超强导电性的石墨烯复合从而制备出三相复合体系的相关研究工作尚未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯负载Cu-Cu_xO复合材料及其制备方法，其特征在于该方法能够使石墨烯负载上粒径均匀、形貌、组分可控的Cu-Cu_xO复合体系纳米颗粒；同时要求工艺简单，成本低廉，环境友好，适合工业化生产。

实现本发明的技术方案是：以氧化石墨、铜盐和亚铜盐前驱体为原料，先通过机械搅拌混合均匀，再将混合液装入反应釜中进行水热反应，最后经过适当的热处理，制得石墨烯负载Cu-Cu_xO复合材料。其具体步骤为：

(1)将一定量的氧化石墨溶于去离子水中，超声分散30～240分钟得到氧化石墨烯分散液；

(2)将氧化石墨烯分散液置于保护气氛中，加入一定比例的铜盐前驱体混合溶液，搅拌20～60分钟，加入一定量的碱溶液，使混合液pH为2.5～11，继续搅拌30～90分钟；

(3)将上述混合液转移至水热反应釜，100～250℃下反应4～40小时；

(4)将反应所得到产物分别用无水乙醇和去离子水清洗，真空冷冻干燥后得到石墨烯负载铜氧体复合材料；

(5)将石墨烯负载铜氧体复合材料在保护气氛下200～900℃焙烧1～24h，冷却至室温，得到石墨烯负载Cu-Cu_xO复合材料。