[发明专利]一种四针状氧化锌/石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四针状氧化锌/石墨烯复合材料及其制备方法，属于新型微纳材料和材料制备领域。

背景技术

四针状ZnO是氧化锌的一种特殊形态，具有规整的四针状三维空间结构，即晶须有一核心，从核心径向方向伸展出四根针状晶体，每根针状体均为单晶体微纤维。正是由于其独特的三维空间结构赋予了它许多特殊功能，如导热、压电、压敏、吸波、吸声、减振、抗菌、防藻、催化等。利用四针状氧化锌尖端的纳米活性，能高效杀灭和消除细菌及其残骸，添加适量的针状氧化锌制成的复合抗菌剂及抗菌材料，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠球菌和沙门氏菌等常见细菌的杀灭率达99%以上。但氧化锌作为半导体材料，导电性能较差，光生电子和空穴复合几率高，从而影响抗菌催化效果。石墨烯作为一种新型的碳材料，理论上具有超高的比表面积，特别是在二维方向上表现出良好的传导特性。然而由氧化石墨烯经过还原制备石墨烯的过程中，石墨烯容易发生团聚现象，比表面积等物理性能与理论值相差很大。中国发明专利201010187596.2报道了一种大面积、连续的石墨烯/氧化锌复合结构的制备方法，通过水热反应生成的氧化锌纳米片层、纳米颗粒、纳米线在石墨烯的作用下相互连接、交叠堆垛，在三维空间形成连续、多孔结构。中国发明专利201010548837.1报道了一种采用四角氧化锌光催化还原氧化石墨烯的方法，通过将四角氧化锌与氧化石墨烯混合，在紫外光照射下，利用四角氧化锌的光催化活性还原氧化石墨烯，获得了面积比较大，具有类石墨的性质，电导率有一定的恢复的还原产物。中国发明专利201110067559.2报道了基于石墨烯/氧化锌纳米线复合材料的发射阴极及其制备，获得了一种由尺寸为2～10um的石墨烯和长度1～2um、直径100nm的氧化锌纳米线组成的复合纳米材料。2009年，Won Il Park小组在J.Phys.Chem.C上报道了ZnO Nanorod-Graphene Hybrid Architectures for Multifunctional Conductors，他们将CVD法制备的石墨烯转移到其它衬底上，再利用水热法在转移后的石墨烯表面生长氧化锌纳米柱。2010年Omid Akhavan在ACS NANO上报道了Graphene Nanomesh by ZnO Nanorod Photocatalysts，通过将石墨烯薄层转移到氧化锌纳米柱表面，利用氧化锌纳米柱的催化降解性能，在紫外光辐照下将石墨烯与氧化锌接触的部分还原，获得了孔径约200nm的石墨烯纳米网。2013年Durga Basak在Chemical Physics Letters上报道了The reduction of graphene oxide by zinc powder to produce a zinc oxide-reduced graphene oxide hybrid and its superior photocatalytic activity，他们将锌粉直接加入到氧化石墨烯的水溶液中，然后利用水热反应制备了氧化锌纳米棒与石墨烯杂化结构的复合材料，并表现出了良好的光催化性能。

综上所述，现有关于氧化锌和石墨烯复合的技术主要集中在石墨烯薄膜表面生长氧化锌纳米棒，或氧化锌纳米棒、氧化锌纳米薄膜表面覆盖石墨烯层，或石墨烯表面沉积氧化锌颗粒等领域。目前关于四针状氧化锌与石墨烯共同研究的工作还很少见到，特别是将石墨烯纳米片生长在四针状氧化锌表面的文献和专利报道更为少见。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有四针状氧化锌在催化方面效率低的缺点以及氧化石墨烯在还原过程中发生团聚的问题。

本发明的技术方案：

一种四针状氧化锌/石墨烯复合材料为石墨烯纳米片生长在四针状氧化锌表面。

一种四针状氧化锌/石墨烯复合材料的制备方法，该制备方法包括：

步骤一反应前驱液的配制

在氮气保护下，将硝酸锌或醋酸锌溶于氧化石墨烯的碱性水分散液中，搅拌至完全溶解，按体积比1：0.01加入无水甲醇和聚乙二醇，继续搅拌待用；氧化石墨烯的碱性水分散液的pH值为8～13，浓度为0.1～10mg/ml；所用硝酸锌或醋酸锌中锌原子与氧化石墨烯的摩尔比为1:（0.1～10）；加入的无水甲醇体积与所用的氧化石墨烯的碱性水分散液体积相同；所用的聚乙二醇分子量为200。

步骤二反应中间体的制备

将步骤一配制的前驱液放入密闭容器中，在100～200°C下进行水热反应，反应时间6～24h，自然冷却后用去离子水和乙醇交替洗涤至中性，干燥后得到氧化锌/石墨烯的中间体。