[发明专利]一种氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米复合材料领域，特别是一种以铈盐、醋酸钠、尿素和氧化石墨为原料制备氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料的方法。

背景技术

石墨烯是sp²杂化碳原子排列为蜂窝状的六角平面晶体，厚度只有一个碳原子的二维材料。英国科学家成功在实验室从石墨中分离出石墨烯而获得2010年诺贝尔物理学奖。由于石墨烯独特的二维结构及优异的晶体学质量，既可作为复合材料的增强体，也可作为高附加值的功能材料。但石墨烯片层间较强的分子间作用力使其容易产生团聚现象而难溶于水及常用的有机溶剂。为充分发挥石墨烯优良的性能，人们对其进行了有效的功能化。氧化石墨烯是石墨烯的一种重要的派生物，也称作功能化的石墨烯，它的结构与石墨烯大体相同，只是在二维基面上连有一些含氧官能团，如羟基、环氧基、羰基和羧基等，使其不需要表面活性剂就能在水中很好的分散。这些基团增加了氧化石墨的活泼性，并易于与其他物质发生反应。为制备金属氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料提供了先决条件。

目前制备金属氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料的方法一般采用水热法，即将金属氧化物前躯体与氧化石墨悬浮液混合，在高温下水热反应制得。现有的制备金属氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料的方法存在着对设备的要求高、耗能多、反应耗时长及金属纳米粒子在石墨烯表面分散不均匀的不足之处。

发明内容

本发明的目的是针对现有的制备金属氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料的方法所存在的对设备的要求高、耗能多、反应耗时长及金属纳米粒子在石墨烯表面分散不均匀的不足之处，提供一种对设备的要求低、操作简单、耗能省、反应速度快及金属纳米粒子在石墨烯表面分散均匀的氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：制备氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料的原料采用铈盐、醋酸钠、尿素和氧化石墨；制备氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料的方法是：在容器中放入氧化石墨与水，通过超声使氧化石墨在水中形成悬浮液，再在容器中放入铈盐、醋酸钠和尿素，所放入的铈盐、醋酸钠和尿素溶解在水中，然后将容器放入带有回流装置的反应器中进行反应，反应结束得到黑色沉淀，该黑色沉淀即为氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料。

在所述的一种氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法中，制备氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料包括以下步骤：

⑴按重量比称取铈盐、醋酸钠、尿素、氧化石墨和水；

⑵将步骤⑴中称取的氧化石墨与水放入容器中，通过超声使氧化石墨在水中形成悬浮液；

⑶在容器中放入铈盐、醋酸钠和尿素，所放入的铈盐、醋酸钠和尿素溶解在水中；

⑷将容器放入带有回流装置的反应器中，开启反应器进行开始反应，反应结束得到黑色沉淀，该黑色沉淀即为氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料。

在上述的一种氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法中，制备氧化铈/氧化石墨烯纳米复合材料的原料在微波反应器中的反应过程可用以下化学方程式表示：

1、高温下尿素的分解和水溶液中醋酸钠的水解：

H₂N-CO-NH₂→NH₄⁺+OCN^-

CH₃COO^-+H₂O→CH₃COOH+OH^-

2、在中性或弱碱性溶液中：

OCN^-+OH^-+H₂O→NH₃+CO₃^2-

3、Ce3+与水分子和OH－结合形成复合物：

Ce³⁺+(n+1)H₂O→[Ce(OH)(H₂O)_n-1]²⁺+H₃O⁺

4、复合物在加热条件下氧化分解：

[Ce(OH)(H₂O)_n-1]²++O₂→CeO₂+2H₃O⁺