[发明专利]低缺陷石墨烯-氧化硼纳米晶体复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于纳米晶体的，尤其涉及一种简单的温和的制备石墨烯-氧化硼纳米晶体的方法。

背景技术

纳米晶体因与原子尺寸相近，具有表面效应、量子尺寸效应、介电限域效应等性质，从而衍生出特殊的光、电、磁性质，在光学、催化、医药等方面有着广阔的应用前景，对未来生物医学、基因组学等发展起到革命性的推动作用。但目前纳米晶的制备技术多为复杂且耗能高的方法，甚至有些制备方法毒性很大。另外，氧化硼是目前最难结晶的物质之一，如何选择简单安全的方法制备氧化硼纳米晶体成为难点。而石墨烯以其独特的结构可以在表面吸附原子和分子，可以作为纳米晶体生长的模板，但同时石墨烯的制备目前也存在许多难点。如何降低制备以石墨烯为基的氧化硼纳米晶体的成本成为另一难点问题。

发明内容

本发明为了克服现有的石墨烯的制备难点以及降低制备以石墨烯为基的氧化硼纳米晶体成本的另一难点，并针对现有技术制备纳米晶体工艺较为复杂、毒性大的缺点，采取在有机溶剂中加入石墨片/石墨烯片/氧化石墨和硼酸混合物，通过低温超声剥离的方法制备出以石墨烯片作为生长基板的氧化硼纳米晶体，提供一种工艺简单、条件温和的纳米晶体制备方法。

低温超声剥离法是指在常温条件下通过超声剥离石墨片/石墨烯片/氧化石墨生成石墨烯结构，而加入的硼酸则在其表面发生脱水反应生成氧化硼纳米晶体。

本发明通过如下技术方案予以实现。

（1）将石墨片与硼酸按照质量比为2:1～6:1配料，加入N-甲基吡咯烷酮有机溶剂，使加入有机溶剂后固体含量为0.1mg/mL～0.8mg/mL；于常温条件下进行超声剥离，超声功率为100W～125W；

（2）将步骤（1）得到的液体进行离心45min，离心速率为1000r/min，取上层清液；

（3）将步骤（2）得到的上层清液再一次进行超声剥离，超声功率为100W～125W，得到混浊液体；

（4）将步骤（3）得到的混浊液体进行45min离心，离心速率为1500r/min，得到含有氧化硼纳米晶体的上层清液。

所述步骤（1）的石墨片也可以采用石墨烯片、氧化石墨或者三者任意比例的混合物，并且都能在室温条件下通过超声剥离法实现低缺陷石墨烯-氧化硼纳米晶体复合材料的制备。

本发明最为显著的优点是：此方法不仅设备简单，耗能低，无毒，而且在常温条件下即可以发生反应；此方法，不仅可以制备出氧化硼纳米晶体，还可以制备出其它纳米晶体，如氧化钛、氧化锡、氧化银纳米晶体。

附图说明

图1是实施例1的低缺陷石墨烯-氧化硼纳米晶体复合材料的TEM低倍图像；

图2是实施例1的低缺陷石墨烯-氧化硼纳米晶体复合材料的TEM高倍图像；

图3是实施例1的低缺陷石墨烯-氧化硼纳米晶体复合材料的电子衍射图像。

具体实施方式

本发明所用石墨烯片和石墨片均为厦门凯钠公司生产，氧化石墨则是将购买的石墨片与氧化剂反应得到，其他原材料均为分析纯试剂。下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

（1）取物质的量之比为2:1的石墨烯片和硼酸，加入N-甲基吡咯烷酮配制成0.8mg/mL的悬浮液，以100W的超声功率在常温条件下进行超声剥离；

（2）将步骤（1）得到的液体进行离心45min，离心速率为1000r/min，取上层清液；

（3）将步骤（2）得到的上层清液再一次进行超声剥离；超声功率为100W，得到混浊液体；

（4）将步骤（3）得到的混浊液体进行45min离心，离心速率为1500r/min，得到含有氧化硼纳米晶体的上层清液。

实施例1通过以石墨烯片为原料通过超声剥离法制备出低缺陷石墨烯-氧化硼纳米晶体复合材料的照片分别如图1、图2、图3所示。从图1中不难看出石墨烯表面有固体颗粒均匀分布，其中固体颗粒粒径在3～5nm之间。从图2可以明显看到晶格条纹，通过测量可以得出晶面间距再0.23nm左右，与氧化硼晶体的晶面间距基本相同；通过电子衍射（图3）明显看到了晶格衍射环，通过计算晶面指数并与标准的氧化硼PDF卡片比对进一步证明在石墨烯表面得到了氧化硼纳米晶体。由此可见以石墨烯片为原料通过超声剥离法确实能够制备出氧化硼纳米晶体。

实施例2

（1）取物质的量之比为2:1的石墨烯片和硼酸，加入N-甲基吡咯烷酮配制成0.1mg/mL的悬浮液，以100W的超声功率在常温条件下进行超声剥离；