[发明专利]氧化石墨烯/金纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

一种氧化石墨烯基光热转化纳米复合材料，由下法制得：将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，配成氧化石墨烯分散液；通过还原法得到金纳米粒子溶胶；金溶胶和氧化石墨烯分散液机械混合得到氧化石墨烯/金纳米复合物。光热分析数据表明，在一个大气压，室温条件下，微量金溶胶的加入能够显著增强氧化石墨烯分散液制备太阳能蒸汽。相比单纯的氧化石墨烯分散液以及金溶胶而言，加入金溶胶以后，纳米流体光热转化效率得到很大提升。本发明所用制备方法工艺简单，原料无毒无害，无需额外添加任何表面活性剂即可制得在氧化石墨上单分散的纳米金颗粒，氧化石墨烯/金纳米复合材料展现了高效制备太阳能蒸汽的性能，可用于海水淡化，污水处理等。

技术领域

本发明涉及光热转化复合材料及其制备方法。具体的是，以氧化石墨烯作为支撑材料来制备光热转化材料从而得到一种高效制备太阳能蒸汽的氧化石墨烯基的复合材料。

背景技术

太阳能作为一种清洁和取之不尽的能源引起了人们极大的兴趣，在太阳光谱中有50%的可见光和43%的红外光，紫外和可见光部分可以用于太阳能的光电转化，而太阳光所有光谱范围的能量都可以转化成热。与复杂昂贵低效率光电转化系统相比，太阳能光热转化无疑可以作为一种简单直接高效利用太阳能的途径。

传统的太阳能集热器吸收可见和红外光部分，在自然光照下光热转化效率可以达到30%左右。近期，越来越多的人关注纳米流体的传热性能以及它在太阳能吸收和热转化的应用。纳米流体直接产生太阳蒸汽也引起了广泛关注。目前，在已报到的太阳能蒸汽制备技术中，Halas最早提出金属纳米粒子由于表面等离子共振效应可以在高聚光条件下，纳米流体产生太阳能蒸汽，然后陈等人在10个太阳光照强度下，利用分散在水中的石墨，炭黑以及石墨烯也成功制备了太阳能蒸汽。这些研究都是集中在单一粒子光热转化性能，关于纳米复合材料的光热性能，并没有涉及到。因此研究纳米粒子之间的协同效应应用到光热转化方面具有重大意义。

金纳米粒子作为最早研究的等离子体共振粒子，被广泛用于光热治疗等方面研究。石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料由单层碳原子以蜂窝状结构排列而成的二维碳材料，是已知世界上最薄的二维材料，因为其质量轻、机械强度和硬度大、导热性能好，是理想的纳米粒子支撑材料。所以，氧化石墨烯/金纳米粒子复合物是一种既普通又具有代表性的复合物，对其光热性能的研究可推广到其他多种纳米复合物。

发明内容

本发明的目的就是提供一种氧化石墨烯/金纳米复合材料及其制备方法和应用，通过在氧化石墨烯分散液中加入金纳米粒子提高氧化石墨烯太阳能蒸汽产生效率，降低由单纯金纳米粒子制备蒸汽的成本以及克服由单纯氧化石墨烯制备蒸汽的效率不高等问题。

本发明以氧化石墨烯作为一种支撑材料，利用机械搅拌辅助使氧化石墨烯与金纳米粒子均匀的混合，得到氧化石墨烯/金复合材料。其中氧化石墨烯起到吸收太阳光并转化成热量和增强纳米流体导热性能的作用，金纳米粒子由于表面等离子效应在太阳光照射下表面会产生大量的热，氧化石墨烯与金纳米粒子间的协同效应一方面增强了复合材料对光的吸收，另一方面促进热量快速传导到周围水分子并使其汽化。在微量的金纳米粒子添加以后该复合材料的太阳能蒸汽产生效率可以提高10%，光热转化能力也得到明显提升，证明了金的加入显著增强了复合材料的太阳能蒸汽产生性能和光热转化性能。该制备的方法与传统方法相比具有操作更加简便且大大提高效率节省成本等优点。

本发明可以通过以下的技术方案来实现：一种氧化石墨烯/金纳米复合材料及其制备方法，所述氧化石墨烯/金纳米复合材料由下述方法制备：