[发明专利]一种镧系氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料的简易制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米复合材料领域，特别是一种镧系氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料的简易制备方法。

背景技术

英国科学家Geim和Novoselov发现了由碳原子以sp²杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体石墨烯(Graphene)而获得了诺贝尔奖。石墨烯是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成,是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，并且其具有很高的可见光透过率，较高的导热系数和载流子迁移率，可用来制作透明触控屏幕、透明电极以及太阳能电池等材料。(a)Novoselov,K.S.；Geim,A.K.；Morozov,S.V.；Jiang,D.；Zhang,Y.；Dubonos,S.V.；Grigorieva,I.V.；Firsov,A.A.Science,2004,306,666.(b)Roy-Mayhew,J.D.；Aksay,I.A.Chem.Rev.2014,114,6323.

虽然石墨烯具有优异的性能，但是由于其表面没有基团，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其他介质(如溶剂等)的相互作用较弱，几乎不溶于任何溶剂，与其他物质的浸润性也很差，石墨烯片之间范德华力的相互作用使其在溶剂中易于团聚。而石墨烯的氧化物——氧化石墨烯(GO)则很好的解决了上述问题。GO与石墨烯的结构大体相同，只是在一层碳原子构成的二维空间无限延伸的基面上连接有大量的活性官能团如羧基、羟基、羰基、环氧基等。与石墨烯相比，GO有更加优异的性能。不仅具有良好的润湿性能和表面活性，而且能被小分子或者聚合物插层后剥离，在诸多领域都有广泛的应用。(a)Dikin,D.A.；Stankovich,S.；Zimney,E.J.；Piner,R.D.；Dommett,G.H.B.；Evmenenko,G.；Nguyen,S.T.；Ruoff,R.S.Nature 2007,448,457.(b)Zhang,C.L.；Yuan,Y.X.；Zhang,S.M.；Wang,Y.H.；Liu Z.H.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,6851.

纳米粒子复合材料/GO主要包括金属复合材料/GO、金属氧化物复合材料/GO等，将金属纳米离子或金属氧化物纳米粒子负载到GO上，纳米粒子与GO二者之间的相互影响和协同作用从而使复合材料具有独特的性质。一般金属氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料的合成方法采用水热法，即将金属盐类与氧化石墨悬浮液混合，在高温下水热反应制得。而该方法存在需要添加稳定剂或添加剂(增加成本)、反应耗时长、金属纳米粒子在石墨烯表面分散不均匀等缺点。(a)Ren,L.；Huang,S.；Fan,W.；Liu,T.Appl.Surf.Sci.2011,258,1132.(b)Zhang,J.；Jiang,J.；Zhao,X.S.J.Phys.Chem.C 2011,115,6448.(c)Zhu,J.；Chen,S.；Zhou,H.；Wang,X.Nano Res.2012,5,11.

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种镧系氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料的简易制备方法。针对现有的制备镧系氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料的方法所存在的反应时间长/需要额外的稳定剂或添加剂等不足之处。旨在提供一种快速、简易的、无需额外稳定剂及添加剂的合成镧系氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料的手段。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种镧系氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料的简易制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、称取氧化石墨放入盛有二甲基甲酰胺的容器内在超声作用下使氧化石墨在二甲基甲酰胺中分散形成悬浮液；

(2)、称取镧系元素氯化物置于悬浮液中，然后加热回流制备出黑色沉淀，即镧系氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料。

进一步的技术方案在于，氧化石墨烯与镧系元素氯化物质量比为1：1。

进一步的技术方案还在于，所述镧系元素氯化物为氯化镧、氯化铽、氯化钆、氯化钐、氯化铕或氯化铈。

进一步的技术方案在于，具体步骤为：

步骤(1):将100mg氧化石墨烯加入100mL二甲基甲酰胺中，超声1h使氧化石墨烯均匀分散到二甲基甲酰胺中，然后加入100mg镧系元素氯化物，加热回流1h得到黑色沉淀；冷却到室温后离心分离得到固体，再用乙醇、水分别洗涤三次得到最终产物镧系氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料。