[发明专利]一种三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种简单易行的三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶的制备方法。

背景技术

石墨烯作为一种独特二维纳米材料，具有比表面积大、电子迁移率高、良好的热稳定性和卓越的机械性能，已经广泛应用于电子器件、能源储存、化学催化、环境污染治理等领域。实验室石墨烯的制备一般采用成本低廉、制备工艺简单的氧化还原法，通过制备氧化石墨烯，再经过还原氧化石墨烯作为石墨烯的廉价替代品。近年来，三维石墨烯材料逐渐成为制备功能化石墨烯材料的研究热点。相对于原始石墨烯，三维石墨烯由于其三维多孔结构，具有高的孔隙率、大的比表面积和易回收利用等特点，因此广泛应用于污染物吸附领域。除此之外，良好的压缩性能、较高的电导率、低密度的优点，使其在传感器研究方向上应用具有极大的潜力。但通过水热法制备的三维石墨烯，易坍塌、机械稳定性差，无法满足实际应用中的要求。

铜纳米线作为一维金属纳米材料，不仅具有纳米材料的共性还具有其特殊的性能。如：一维方向上卓越的电子传输能力，良好的柔韧性和催化性能。本发明采用水热法，构建三维石墨烯—铜纳米线复合水凝胶，再通过冷冻干燥最终得到复合气凝胶，不仅保持了三维石墨烯三维多孔结构，由于铜纳米的加入增强了其压缩性能和机械稳定性，并且提高了其导电性。

发明内容

针对现有三维石墨烯材料压缩性能差的问题，本发明的目的在于：提供一种三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶的制备方法。所述复合气凝胶压缩性能好，且制备方法简单易行、成本低、可重复性高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)向乙二醇中加入铜纳米线，分散均匀后加入抗坏血酸，分散均匀后加入浓度为8mg/ml的氧化石墨烯水溶液，得到混合溶液；氧化石墨烯在混合溶液中的浓度为0.8—1.5mg/ml；抗坏血酸与氧化石墨烯的质量比为2:1；铜纳米线在混合溶液中的浓度为0.1—0.3mg/ml；

(2)将步骤1得到的混合溶液转移至水热反应釜，在160℃下反应6h，反应结束后自然降温至室温(25℃)，得到复合水凝胶；

(3)将柱状复合水凝胶置于0.5wt％的水合肼溶液中浸泡洗涤24h，且每8h更换一次水合肼溶液；

(4)将步骤3处理后的复合水凝胶洗涤干净后，通过冷冻干燥得到三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶。

本发明的有益效果在于：本发明所述方法制备三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶尺寸大小可控、工艺简单易行、原材料丰富、成本低廉、易于推广。所制备的三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶具有三维多孔结构，比表面积大、密度小、电导率高等特点。且由于加入铜纳米线，复合气凝胶具有良好的压缩性能和机械稳定性。综上所述，这些特点使得此复合气凝胶在污染物吸附、超级电容器、传感器等领域拥有巨大的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备的三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶的外观形貌；

图2为参照B反应物配比得到的三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶的扫描电镜图片；

图3为参照C反应物配比得到的三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶的扫描电镜图片；

图4为本发明制备的三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶的XRD图片；

图5为本发明制备的三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶的压缩测试压缩前、压缩中和压缩后的直观图。

具体实施方式

本发明制备一种三维石墨烯—铜纳米线复合气凝胶。石墨烯作为一种特殊的二维纳米材料具有比表面积大、电子迁移率高、良好的热稳定性和机械性能。本发明采用低浓度的氧化石墨烯溶液通过水热反应还原氧化石墨烯自组装形成三维水凝胶结构，并且石墨烯片与片之间形成的π-π保证了此结构的稳定性。铜纳米均匀分布在此三维结构中，与石墨烯形成复合气凝胶不仅在结构上提供了支撑的作用，增强了结构的稳定性，而且由于铜纳米线良好的柔韧性和卓越的电子传输能力使得此复合气凝胶的机械和电学性能得到提高。综上所述这种气凝胶具有三维多孔结构，比表面积大、密度小、电导率高，良好的压缩性能和机械稳定性。

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。