[发明专利]具有可见光响应的石墨烯纳米带的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有可见光响应的石墨烯纳米带的制备方法。

背景技术

石墨烯是材料科学和凝聚态物质物理学中一颗冉冉升起的新星。石墨烯由于其绝对的二维结构以及优异的机械、热学、光学和电学性能，大大激发了人们对设计以石墨烯为基础，可应用于纳米电子学、生物传感、高分子复合材料、氢气生产和储存、药物输送和光催化等技术领域的新型材料的兴趣。此外，由于其优异的导电性和化学稳定性，石墨烯被认为是能比碳纳米管更好地传递电子或空穴的多功能材料。

作为一种完美的二维晶体，石墨烯因其独特的结构引起了科学界的广泛关注。石墨烯的载流子类似于相对论粒子，具有室温量子霍尔效应，载流子浓度高达10¹³ cm^-2。 胶带剥离的石墨烯的载流子迁移率超过2.0×10⁵ cm²/Vs, 比半导体工业中常用的硅高出100倍。单层石墨烯晶体管的截止频率高达427 GHz, 热导率是铜的10倍，光的透过率可达97.7%，强度是钢的100倍。2010年，诺贝尔物理学奖授予了石墨烯的两位发现者K. S. Novoselov和A. K. Geim，以表彰他们在石墨烯发现方面做出的巨大贡献。但石墨烯要在电子学及光化学方面真正得到应用尚有一些基本科学问题亟待解决，如石墨烯形貌的控制，特别是在制备单分散的纳米尺寸的石墨烯方面还存在巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有可见光响应的石墨烯纳米带的制备方法。

本发明方法率先采用低温真空活化法实现对氧化石墨烯的还原改性，同时真空活化过程还会破坏石墨烯骨架中的C=C双键，再经过进一步的超声处理，便得到高分散的纳米尺寸的石墨烯纳米带。所得石墨烯纳米带的尺寸为：长度100nm左右，宽度20nm左右。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有可见光响应的石墨烯纳米带的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将氧化石墨烯，分散于超纯水中，氧化石墨烯与水的质量百分比为0.025：100，超声分散至分散均匀后蒸干，在300℃下真空还原3小时，并再次分散于超纯水中超声分散10min～8小时，其中氧化石墨烯与水的质量百分比为0.003：100，经过水洗涤后，最后分散于超纯水中，得到石墨烯纳米带。

上述的石墨烯纳米带的尺寸大为：长100～400nm,宽20～80nm。

上述所得到的石墨烯纳米带表现出半导体的特性及更好的光学性质，在模拟太阳光照射下具有产生更强光电流的能力。

本发明方法是以微米级的氧化石墨烯薄片为原料，在实现对氧化石墨烯还原改性的同时，可以将微米级的石墨烯薄片，剪切成均匀分散的，纳米级的石墨烯纳米带结构。本发明的优势体现在：

1)：相对于传统的掺杂、复合等改性方法，真空活化结合超声法，操作简单，设备简单，大大降低了生产成本，有利于工业化推广。

2）：制备的石墨烯纳米带，分散均匀，尺寸小且分布均一。纳米带可以暴露更多的边缘，从而有利于与其它材料的复合，是一种理想载体。

3)：真空活化法可以同时实现对氧化石墨烯的还原改性，及对石墨烯骨架C=C键的破坏，再结合超声处理，可以制得高分散的石墨烯纳米带。

4)：制备的石墨烯纳米带表现出半导体的特性及更好的光学性质，在模拟太阳光照射下具有产生更强光电流的能力。

附图说明

图1是实施实例1制备的氧化石墨烯及石墨烯纳米带的TEM照片。

图2是实施实例1制备的氧化石墨烯及石墨烯纳米带的XRD谱图。 

图3是实施实例1制备的氧化石墨烯及石墨烯纳米带的光电流测试图。

具体实施方式

       本发明采用“Hummer”方法制备氧化石墨烯GO，具体方法如下：将3g石墨分散于12ml含有2.5g过硫酸钾和2.5g五氧化二磷的浓硫酸中，80℃搅拌4.5h，然后冷却至室温并常温放置12h。所得混合物过滤洗涤并自然干燥12h。预处理后的石墨加入120ml浓硫酸中，保持温度在20℃以下边搅拌边加入15g高锰酸钾，35℃下搅拌2h。混合物用250ml去离子水稀释，冰水浴保持温度低于50℃。搅拌2h后，加入0.7L去离子水，随后缓慢加入20ml 30%双氧水。混合溶液呈现亮黄色，并且冒泡。静置，除去上层清液，加入10%盐酸洗涤数次，用去离子水洗涤数次直至静置不容易沉降为止，透析10～15天。所得样品超声分散得到均匀分散的氧化石墨烯水溶液。