[发明专利]石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物或磷酸盐纳米复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米复合材料，具体地说是一种石墨烯/石墨烯量子点/金属氧化物或者磷酸盐纳米复合材料。本发明也涉该纳米复合材料的制备方法。

背景技术

复合材料由于能发挥组成材料各自的优点，克服单一材料的缺陷、甚至带来新的性质，可用于开发性能优异的新型材料。石墨烯具有超高的电导率，大的比表面积，二维超薄的结构，高的光透过率，稳定的热力学性质，超快的热导率等特点，将其与其它材料，例如金属氧化物或者金属磷酸盐复合，可以广泛地应用于储能领域及能量转化领域，如光催化材料、光电材料、储氢材料、锂离子电池及超级电容器电极材料等。例如申请号为201310003703.5的专利文件中，采用传统水热法，实现石墨烯与氧化物(或金属化合物)的一步复合，使石墨烯和氧化物发挥协同效应，大大改善材料的电化学性能，提高氧化物作为锂离子电池电极的循环性能、倍率性能、克容量，并降低其阻抗；申请号为201210582986.9的专利文件中，公开了一种石墨烯/二氧化钛光催化剂的制备方法，采用该方法所制备的石墨烯/二氧化钛光催化剂对有机染料具有优异的光催化降解性能。

将二维石墨烯制备成当量直径更小的石墨烯量子点，除了具有石墨烯优异性能之外，由于其尺寸在100nm以下，还表现出量子限域效应和边界效应，而且引发了一些新的物理性质，因此广泛应用于生物细胞成像、光电、发光二极管、纳米电极等领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有更快的电子和光子传导速率的石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物或磷酸盐纳米复合材料。本发明的目的还在于提供一种石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物或磷酸盐纳米复合材料的制备方法。

本发明的石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物纳米复合材料为：以石墨烯为基底，金属氧化物纳米颗粒生长在所述石墨烯基底表面，石墨烯量子点作为导电隔板组装在所述金属氧化物纳米颗粒之间。

本发明的石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物纳米复合材料还可以包括：

1、石墨烯：石墨烯量子点：金属氧化物的质量比为0.01～30：0.01～30：100，优选0.1～10：0.1～10：100。

2、石墨烯的当量直径大小为0.5～50um，优选1～20um，石墨烯量子点当量直径为1～100nm，优选5～50nm，金属氧化物纳米颗粒的当量直径为1～200nm，优选20～50nm。

3、所述金属氧化物为金属Li、Fe、Mn、Zn、Cu、Ni、Co、Mg、Ca、Ce、La中的任意一种或者两种以上氧化物的复合。

本发明的石墨烯与石墨烯量子点和磷酸盐纳米复合材料为：以石墨烯为基底，金属磷酸盐纳米颗粒生长在所述石墨烯基底表面，石墨烯量子点作为导电隔板组装在所述磷酸盐纳米颗粒之间。

本发明的石墨烯与石墨烯量子点和磷酸盐纳米复合材料还可以包括：

1、石墨烯：石墨烯量子点：金属磷酸盐的质量比为0.01～30：0.01～30：100，优选0.1～10：0.1～10：100。

2、石墨烯的当量直径大小为0.5～50um，优选1～20um，石墨烯量子点当量直径为1～100nm，优选5～50nm，金属磷酸盐纳米颗粒的当量直径为1～200nm，优选20～50nm。

3、所述金属磷酸盐为金属Li与Fe、Mn、Zn、Cu、Ni、Co、Mg、Ca、Ce、La中的任意一种或者两种以上磷酸盐的复合。

本发明的石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物纳米复合材料的制备方法为：

(1)将Li、Fe、Mn、Zn、Cu、Ni、Co、Mg、Ca、Ce、La中的任意一种或者两种以上的可溶性的硝酸盐、硫酸盐或者氯化物溶解在乙醇中，使可溶性金属盐的浓度为0.05～1mol/L；

(2)配制氧化石墨烯量子点、氧化石墨烯的碱性分散液，其中氧化石墨烯量子点的浓度为0.01～10mg/mL，氧化石墨烯的浓度为0.01～10mg/mL，碱的浓度为0.1～2mol/L；

(3)将步骤(1)和步骤(2)所配制的溶液按照金属盐离子与碱的摩尔比1：1～4的比例混合均匀；

(4)将步骤(3)的混合溶液在600W功率下微波处理3～20min，所得到的沉淀物过滤、洗涤、干燥得到固体粉末；

(5)将步骤(4)得到的固体粉末在氮气氛中300～700℃煅烧1～5小时，获得石墨烯/石墨烯量子点/纳米金属氧化物复合材料。

所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种。