[发明专利]在氧化石墨烯表面生长贵金属纳米晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在氧化石墨烯表面生长贵金属纳米晶的方法，属于纳米功能材料制造领域。

背景技术

自从2004年安德烈·盖姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）在《科学》杂志上第一次报道石墨烯的制备以来（Science，2004年，第306卷，666-669页），石墨烯及石墨烯衍生物（如氧化石墨烯以及氢化石墨烯等）已经在光学、电学、力学和热学性能等方面显现出优异的特性，因而备受人们的关注，相关研究正蓬勃开展（石墨烯：结构、制备方法与性能表征/朱宏伟，徐志平，谢丹等著。北京：清华大学出版社，2011.11）。

根据文献报道，石墨烯的理论比表面积高达2630平方米每克（无机材料学报，2011年，第26卷，第10期，第1013页）。但是，由于石墨烯片层之间存在强烈的范德华力，石墨烯片层容易聚合，形成石墨状层片，使得石墨烯的比表面积急剧下降，石墨烯具有高比表面积的优势随之丧失。通过在石墨烯的表面组装生长贵金属纳米晶，利用贵金属纳米晶阻隔石墨烯片层的团聚，是保持石墨烯具有高比表面积的一条有效途径。此外，这种具有贵金属纳米晶负载的石墨烯材料在催化剂研究以及新能源材料开发等领域也具有应用前景。因此，发展在氧化石墨烯表面生长贵金属纳米晶的方法，既具有学术意义，也拥有实用前景。

目前，国际上已经有研究人员开展了在氧化石墨烯或石墨烯表面生长贵金属纳米晶的研究。例如，厦门大学的研究人员将氧化石墨烯分散于氯钯酸钾水溶液中，在冰水浴中反应得到了具有钯纳米晶负载的氧化石墨烯材料（Journal of the American Chemical Society，2011年，第133卷，3693–3695页）。又如，UniVersity of North Carolina at Chapel Hill的研究人员将石墨烯和氯铂酸水溶液混合，之后使用硫代甜菜碱12（SB12）作为还原剂,将氯铂酸在石墨烯表面还原为铂纳米晶，得到了具有铂纳米晶负载的石墨烯复合材料（Chemistry of Materials，2008年，第20卷，6792-6797页）。再如，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所使用乙二醇作为溶剂及还原剂，制备了具有钯纳米晶负载的氧化石墨烯材料（ACS Nano，2011年，第5卷，6955-6961页）。纵观文献已经报道的方法，大多仅仅适用于制备某一特定贵金属纳米晶负载的氧化石墨烯，缺乏普适性。

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术的不足，提供一种在氧化石墨烯表面生长贵金属纳米晶的方法。

该方法关键在于使用油胺作为制备过程的溶剂和还原剂，首先利用油胺分子中的胺基与氧化石墨烯表面具有的含氧官能团（如羟基、羧基、羰基和环氧基）之间存在的相互作用，使氧化石墨烯均匀分散于油胺中，得到氧化石墨烯在油胺中的悬浮液；随后，将贵金属前驱体加入上述悬浮液中，利用油胺分子具有的还原性（油胺分子含有的烯烃基团及胺基具有还原性）将贵金属前驱体在氧化石墨烯表面还原成纳米晶，最终得到一种表面具有贵金属纳米晶修饰的氧化石墨烯纳米材料。

该方法是通过以下步骤实现的：

1）将氧化石墨烯加入到预热后的油胺中混合，制备氧化石墨烯均匀分散于油胺中的悬浮液；

2）加入贵金属前驱体，进行初步混合反应；

3）升高温度，进一步混合反应；

4）分离出固体产物，洗涤、烘干即得到具有贵金属纳米晶负载的氧化石墨烯产品。

其中，氧化石墨烯均匀分散于油胺中形成的分散物浓度以a表示，0＜a≤20毫克氧化石墨烯每毫升油胺；贵金属前驱体和氧化石墨烯的投料比以b表示，0＜b≤5毫摩尔贵金属前驱体每克氧化石墨烯。

所述氧化石墨烯指的是表面具有含氧官能团（如羟基、羧基、羰基和环氧基）修饰的石墨烯材料；

较佳的，所述贵金属前驱体选自是贵金属卤化物（例如氯化钯等）、贵金属硝酸盐（例如硝酸银等）以及其它贵金属的酸和贵金属酸盐（例如四水合氯金酸以及氯铂酸钾等）中的一种或几种；

所述贵金属包括金、银、铂、钯、铑、钌以及铱等；

所述贵金属纳米晶包括金、银、铂、钯、铑、钌以及铱等纳米晶；

所述混合的方式是指搅拌，但不限于搅拌；

所述的分离的方法是指高速离心后过滤，但不限于高速离心和过滤；

所述洗涤的洗涤剂为非极性烷烃类溶剂，如正己烷、环己烷、正庚烷等；

所述的烘干的气氛为空气；

其中，步骤3）所述的升高温度的过程为一步升温或分步升温；