[发明专利]一种石墨烯上原位制备小尺寸金属氧化物的方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯上原位制备小尺寸金属氧化物的方法，包括：采用波长为200～600nm的激光对石墨烯‑金属离子反应液进行辐照(辐照时间依照不同金属氧化物成核快慢而不等，通常15min～2h)，从而在石墨烯上原位制备粒度＜3nm的小尺寸金属氧化物；其中，所述的石墨烯‑金属离子反应液是石墨烯吸附和络合金属离子后的絮状混合溶液、氧化石墨烯吸附和络合金属离子后的絮状混合溶液、还原氧化石墨烯吸附和络合金属离子后的絮状混合溶液中的至少一种。本发明不仅金属氧化物尺寸小(粒度＜3nm)、高度均匀分散，而且无须加入任何其他还原剂、稳定剂等化学药剂，对原料用量无要求，操作简单，绿色高效。

技术领域

本发明涉及石墨烯上制备金属氧化物技术领域，尤其涉及一种石墨烯上原位制备小尺寸金属氧化物(本发明中的小尺寸金属氧化物是指粒度＜3nm的金属氧化物)的方法。

背景技术

金属氧化物具有独特的物理化学性质，而且具有低成本、环境友好、分布广等优点，因而被广泛应用于光催化、电催化、生物学等领域。石墨烯在室温下的电子迁移率可以达到15000cm²/V·s，并且具备完美的量子隧道效应、较大的比表面积(2600m²/g)以及半整数量子霍尔行为，因此金属氧化物-石墨烯纳米复合材料受到了人们的广泛关注。

将金属氧化物与石墨烯复合在一起不仅可以提高金属氧化物的电传导性，而且可以使纳米粒子嵌入相邻的石墨烯片层间，有效阻止石墨烯片因范德华力作用而发生的堆叠。大尺寸金属氧化物纳米粒子表面的活性位点低，不利于发挥其在电催化/光催化等反应中的作用。若纳米粒子尺寸降低到2nm左右，不但比表面积大大增加，且边角原子的密度也会大大增加。

目前，将金属氧化物与石墨烯复合在一起的常用方法有水热法、溶剂热法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法等，但这些方法所制得的金属氧化物尺寸普遍为10～30nm且颗粒分布不均匀，即使精确控制还原剂、Capping试剂、连接剂等药剂的种类和用量，所制得的金属氧化物尺寸也大都为3～10nm，而且制备过程中都不可避免地使用了各种化学药剂，容易残留杂质，步骤复杂，过程繁琐。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种石墨烯上原位制备小尺寸金属氧化物的方法，不仅金属氧化物尺寸小(粒度＜3nm)、高度均匀分散，而且无须加入任何其他的还原剂、稳定剂等化学药剂，对原料用量无要求，操作简单，绿色高效。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯上原位制备小尺寸金属氧化物的方法，包括：采用波长为200～600nm的激光对石墨烯-金属离子反应液进行辐照，从而石墨烯上原位制得粒度＜3nm的小尺寸金属氧化物；其中，所述的石墨烯-金属离子反应液是石墨烯吸附和络合金属离子后的絮状混合溶液、氧化石墨烯吸附和络合金属离子后的絮状混合溶液、还原氧化石墨烯吸附和络合金属离子后的絮状混合溶液中的至少一种。

优选地，所述石墨烯-金属离子反应液的制备方法包括：将石墨烯、氧化石墨烯或还原氧化石墨烯与金属离子溶液混合，待石墨烯、氧化石墨烯或还原氧化石墨烯吸附和络合金属离子后，得到石墨烯-金属离子反应液。

优选地，所述的金属离子溶液为醋酸盐溶液。

优选地，所述激光对石墨烯-金属离子反应液进行辐照的辐照时间为15min～2h。

优选地，所述的金属离子为Cu²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Pb²⁺中的至少一种。

优选地，所述氧化石墨烯或石墨烯是采用Hummers法制备的氧化石墨烯或石墨烯。