[发明专利]一种快速制备石墨烯/硫化银量子点纳米复合材料的方法及产品

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，涉及石墨烯/硫化银量子点纳米复合材料、制备方法。

背景技术

石墨烯，自2004 年由英国曼切斯特大学的Geim 和Novoselov 成功分离和表征之后, 由于其优异的性能成为科学家们重点关注的明星材料。石墨烯是单层和多层的层状结构材料, 具有大比表面积和孔体积, 其丰富的表面基团不但使其成为良好的吸附剂材料, 还使其用于作为与纳米材料复合形成复合结构材料的支撑材料。

为得到具有高光电性能的材料，各种材料正在如火如荼的研发当中，特别是石墨烯纳米粒子复合材料。石墨烯纳米粒子复合物具有在光电领域应用的独特性能．可与石墨烯形成复合物的纳米粒子有很多，如负载金属纳米粒子（Pt，Au，Pd，Ag）、氧化物纳米粒子（Cu₂O，TiO₂，SnO₂）、以及量子点等等。

将银片依次浸入甲基硅烷化的氧化石墨烯溶液及贵金属（金或银）溶胶中，可制得三明治状的银片/氧化石墨烯/贵金属复合物。以乙二醇为还原剂可将氧化石墨烯及贵金属盐（金或铂）同时还原，一步制得石墨烯负载的贵金属复合物．这些复合物具有较好的光学性能，可使石墨烯（或氧化石墨烯）的拉曼信号得到明显增强．

蒋林 （东华大学 2013年硕士论文：石墨烯及复合材料的制备、表征及电化学性能）等曾利用溶剂热法合成法，成功合成石墨烯相关复合材料,包括Ni(OH)₂/CoO/ rGO、Ni(OH)₂/rGO及CO₉S₈/rGO复合纳米材料。将石墨烯与超级电容器用的单一电极材料(如过渡金属氧化物、导电聚合物)复合,能明显提升其比电容及改善其在大电流密度下的电容特性(电容倍率、循环稳定性等)。最近 Geng等（Geng X M,Niu L,Xing Z Y, et al. Aqueous-processable noncovalent graphene and quantum  dotscomposites for transparent and flexible optoelectronic films, Adv. Mater. 2010, 22: 638-642）通过两步法制备了CdSe量子点修饰的石墨烯。虽然这种方法得到的CdSe石墨烯纳米复合材料的光响应性得到提高， 但缺乏有力证据证明氧化墨烯被完全还原，因为 X 射线光电子能谱显示石墨烯中还存在明显的环氧乙醚键。其量子点负载石墨烯的研究虽然取得了一些结果，但仍不能满足实用化的需要。

目前而言，以石墨烯纳米粒子复合材料的制备方法，其在制作成本，流程周期及所产品产率上，一方面或多方面具有缺陷。本发明：一种在二甲基亚砜溶液中直接由氧化石墨烯合成石墨烯-硫化银的一步合成方法，解决了直接由氧化石墨烯通过简易一步反应合成石墨烯-硫化银所带来的产物性能较差且不稳定的问题。此法为一步合成方法，除具有简易和低耗能的优点外，溶液中单层氧化石墨烯的高稳定性也确保了在终复合产物中单层石墨烯片的形成。由此所得的产物具有更好的结构与光电子性能。

发明内容

本研究的目的是解决负载量子化点石墨烯纳米粒子复合物制备工艺繁琐，产物品质低劣的问题，提供一种快速制备石墨烯/硫化银量子点纳米复合材料的方法。该方法具有制作工艺简易和低耗能的优点，在生产制备中无论是产率，还是产品性能都得到大幅度提升；所制备的石墨烯-硫化银纳米复合材料具有良好的结构及光电性能，应用前景广泛，可作为制备超级电容器的潜在电极材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种快速制备石墨烯/硫化银量子点纳米复合材料的方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯和硝酸银按质量比1：1-2分散到二甲基亚砜溶液中，制得溶液A；氧化石墨烯由天然石墨烯经过超声剥落，离心分离制得；

（2）将溶液A转移到高压釜中，在150-200℃温度下反应10-15 h；

（3）将步骤（2）得到的溶液依次用丙酮、乙醇和蒸馏水中的两种进行超声清洗；

（4）将步骤（3）得到的产物离心分离，真空干燥得到石墨烯/硫化银量子点纳米复合材料。

作为优化，步骤（1）中超声剥落时的超声频率为20-60  kHz，时间为20-40 min；离心分离时的离心速率为2000-4000 rpm，时间为5-30 min；步骤（4）中以3000-6000 rpm速率离心分离，真空干燥时温度为40-80℃，时间为6-24 h。