[发明专利]一种三氧化钼-氧化石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三氧化钼-氧化石墨烯复合材料及其制备方法，属于纳米材料领域。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，利用撕透明胶带的方法，成功地从石墨中分离出单层原子排列的石墨烯，两人也因此获得2010年的诺贝尔物理学奖（Science,2004,306( 5696):666-669）。石墨烯由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型蜂巢晶格，其结构单元为碳六元环，它是一种只有单层碳原子厚度的二维材料。石墨烯是构成碳基材料的基本机构单元。它可以包裹形成零维Fullerenes，卷成一维carbon nanotube，层层堆积成三维graphite。从石墨烯发现的那一天起，石墨烯就已经成为研究的热点和焦点，在超级电容器、透明电极、海水淡化、发光二极管、传感器、储氢、太阳能电池、催化剂载体、复合材料、生物支架材料、生物成像、药物输送、纺织、印染等领域有广泛的应用。

将无机纳米材料（金属纳米材料、半导体和绝缘纳米材料）分散在石墨烯纳米层表面可合成石墨烯基无机纳米复合材料。无机纳米粒子可减小石墨烯片层间的相互作用，而石墨烯与特定纳米粒子相结合，使该类复合材料在催化剂、光学等领域具有广泛的应用前景。目前研究的无机纳米粒子主要包括金属纳米粒子Au、Ag、Pd、Pt、Ni、Cu、Ru、Rh，金属氧化物纳米粒子TiO₂、ZnO、SnO₂、MnO₂、Co₃O₄、Fe₃O₄、NiO、Cu₂O、RuO₂、SiO₂，硫化物纳米粒子CdS、CdSe等。

稀土上转换发光材料Up-conversion（UC）是一种在近红外光激发下发出可见光的发光材料，即可通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射。这种材料发光违背Stokes定律，因此又被称为反Stokes定律发光材料。UC发光是基于稀土元素4f电子间的跃迁。发光过程可以分为三步：①基质晶格吸收激发能；②基质晶格将吸收的激发能传递给激发离子，使其激发；③被激发的稀土离子发出荧光而返回基质。上转换过程主要有激发态吸收、能量传递、直接双光子吸收和光子雪崩四种形式。

稀土发光材料主要有基质材料、激活剂（发光中心）、共激活剂和敏化剂等组成。上转换发光的效率在很大程度上取决于上转换的基质材料。基质材料本身不发光，但能为激活离子提供合适的晶体场，使其产生合适的发射。基质材料的选择一般要求具有与掺杂离子相匹配的晶格、较好的化学稳定性和较低的晶格振动声子能量等。根据基质材料组分的不同，可以将上转换发光材料的基质主要分为氧化物、卤化物和硫化物等。YF₃、LaF₃、NaYF₄和 LiYF₄等材料都是非常好的基质，在近红外光激发下发射出可见光甚至是紫外光。到目前为止，合成UCNPs的方法主要有沉淀/共沉淀法，水热/溶剂热法，热裂解法，溶胶-凝胶法和自蔓延燃烧法等。

上转换发光纳米材料（UCNPs）具有高的化学稳定性、优异的光稳定性、窄带隙发射，在近红外激光激发下具有较强的组织穿透能力、对生物组织无损伤、无背景荧光的干扰，在生物医学等方面有着广泛的应用，如生物成像、生物检测、多模态成像、癌症光动力治疗、载药等。此外，除了在上述生物领域的应用广受关注之外，在非生物领域（如光信息存储、3D 显示、安全防伪及太阳能电池等）也有着很好的应用前景。

MoO₃是由MoO₆八面体为基本结构单元，共角、形成链连接，每两个相似的链共边连接形成层状的MoO₃化学计量结构，层与层之间由范德华力连接。纳米三氧化钼由于其特殊的结构和性能而受到越来越多的关注，在电池电极、催化剂、阻烟剂、传感器、光学材料等方面具有潜在而广泛的应用。目前纳米MoO₃材料的制备方法很多，其中主要包括沉淀法、水热法、化学气相沉积法、凝胶注模成型法、溶胶-凝胶法以及溶胶-水热法等。利用这些方法陆续合成了多种形貌的MoO₃材料，其中包括纤维状、晶须状、薄片状、薄膜状、棒状、线状、纳米管、纳米带、球形等。