[发明专利]一种尖晶石型磁性MFe2O4/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及石墨烯材料加工与应用技术领域，具体是尖晶石型磁性MFe₂O₄/石墨烯复合材料的制备方法。

二、背景技术

石墨烯作为炭家族的成员之一，是由碳原子通过sp²杂化，构成的单层蜂窝状二维网格结构。石墨烯是构成其他碳同素异形体的基本单元。2004年，英国曼彻斯特大学物理学教授Geim等，用胶带反复剥离高定向热解石墨的方法，得到了稳定存在的石墨烯。该发现立即引起了物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，掀起了继富勒烯和碳纳米管之后的又一次研究热潮。作为一种独特的二维晶体，石墨烯具有非常优异的性能。如比表面积大，理论值为2630m²/g；机械性能优异，杨氏模量达1.0TPa；热导率为5300W·m^-1·K^-1，是铜热导率的10多倍；几乎完全透明，对光只有2.3%的吸收。这些优异的性质，使得石墨烯在催化中将有着重要的应用。鉴于石墨烯具有规整的二维表面结构、制备可控，可以作为一个理想的模板负载催化剂，这为研究负载性催化剂的提供了一个理想的模型体系。纳米金属氧化物/石墨烯复合表现出一些独特性能，并呈现出许多不同于常规固体的特异性能，在环境、能源、材料、化学、制药、军事等领域展示了广阔的应用前景。

尖晶石型铁氧体MFe₂O₄(M=Mn²⁺、Zn²⁺、和Ni²⁺等)作为一种磁性材料其工作频率高，磁谱特性好，目前已广泛应用于互感器件、磁芯轴承、转换开关、信息储存、磁流体、微波吸收及医疗诊断等方面。尖晶石型磁性材料种类繁多。不同的阳离子进入尖晶石结构，可能有多种电荷组合，为研究者提供了一个庞大的实验体系。当颗粒尺寸为纳米级时，每个粒子可看成一个单磁畴，其多种电磁特性或物理特性即发生变化并表现出超顺磁性。近年来，磁性纳米材料的制备越来越受到人们的关注，研制不同类型的纳米铁氧体复合材料成为当前磁性材料研究的热点，关键是寻求如何利用廉价原料，采取简单而有效的方法来制备性能优异的磁性纳米材料。南京理工大学汪信等采用水热法合成了磁性MnFe₂O₄/石墨烯复合催化剂用于分解亚甲基蓝（Industrial&Engineering Chemistry Research,2011.51(2):725-731），研究表明，在可见光的条件下由于MnFe₂O₄与石墨烯的相互作用导致复合催化剂具有很高的活性。

然而，目前基于磁性MFe₂O₄/石墨烯复合材料的研究也才刚刚起步，所制备的工艺过程复杂且所制得的MnFeO₄易团聚等特点，因此寻找一种简易制备品相纯、不易团聚、磁化强度较高的磁性MFe₂O₄/石墨烯复合材料的方法成为研究的热点。石墨本身是一种憎水性物质，与其相比，氧化石墨烯表面和边缘拥有大量的羟基、羧基、环氧等基团，这些极性基团的存在，使氧化石墨在水溶液中具有良好的层间吸附性。因此，利用氧化石墨层间可吸附大量离子的特性使过渡金属离子吸附到氧化石墨层间，再通过一定的方式还原成过渡金属氧化物，本发明采用此方法来制备磁性MFe₂O₄/石墨烯复合材料。磁性MFe₂O₄/石墨烯复合材料作为一种很有应用潜力的功能复合材料，在制备过程中要解决以下两个问题:(1)如何提高负载量;(2)如何提高MFe₂O₄与石墨烯之间的结合力。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种尖晶石型磁性MFe₂O₄/石墨烯复合材料，所要解决的技术问题是磁性MFe₂O₄纳米粒子与石墨烯之间结合力强、负载量高且工艺简单、成本低廉、适用于工业化生产的制备方法。