[发明专利]一种纳米氧化锌/石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于功能化纳米材料技术领域，涉及一种纳米氧化锌/石墨烯复合材料及其制备方法。包括以下步骤：将纳米氧化锌置于GO悬浮液中，充分混合均匀，于70～120℃保温24h后收集洗涤生成的固体产物，冷冻干燥后得到纳米氧化锌/石墨烯复合材料。通过温和条件下，以纳米氧化锌和GO水溶液为起始反应物，不使用额外还原剂的情况下，以简单的一锅法高效率地制备纳米氧化锌/石墨烯复合材料。

技术领域

本发明属于功能化纳米材料技术领域，涉及一种纳米氧化锌/石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳组成的二维晶格结构，是sp2杂化碳原子构成的高密度原子层排列形成的蜂窝网状结构。自2004年第一次被报道以来，石墨烯就以其独特的性能，如优异的电荷载流子迁移率、高透明度、优良的柔韧性、非凡的电子质量及优越的热力和机械性能吸引了科学界的广泛关注。石墨烯具有较高的机械强度(＞1060GPa)和1TPa的特殊杨氏模量。此外，单层石墨烯是有史以来测试的最强的材料，它也表现出优异的热性能(≈5000W·m^-1·K^-1)、电导率(高达6000S·cm^-1)和高理论比表面积(2630m²·g^-1)。这些优势都为石墨烯的潜在应用提供了广阔的前景，在许多技术领域，如纳米电子、储氢、超级电容器和传感器中都可应用。

氧化-还原法是一种具有工业化生产潜质的石墨烯制备方法。将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，加入还原剂去除氧化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。氧化-还原法被提出后，以其简单易行的工艺成为实验室制备石墨烯的最简便的方法，得到广大石墨烯研究者的青睐。另外，氧化-还原法可以制备稳定的石墨烯悬浮液，解决了石墨烯难以分散在溶剂中的问题。

纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1-100nm之间，是一种高端的高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。

制备ZnO/石墨烯复合材料，通常的方法是使用含锌盐作为前体，通过使用各类还原剂、采用水热法由GO制备还原氧化石墨烯(RGO)。这些方法通常是复杂的且高成本的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种纳米氧化锌/石墨烯复合材料及其制备方法，通过温和条件下，以纳米氧化锌和GO水溶液为起始反应物，不使用额外还原剂的情况下，以简单的一锅法高效率地制备纳米氧化锌/石墨烯复合材料。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种纳米氧化锌/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将纳米氧化锌置于GO悬浮液中，充分混合均匀，放置于70～120℃油浴锅内，保温1～24h后收集洗涤生成的黑色固体产物，冷冻干燥后得到纳米氧化锌/石墨烯复合材料。

所述GO悬浮液的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将石墨、浓硫酸和硝酸钠混合搅拌得到混合液；

步骤(2)：称取高锰酸钾加入步骤(1)所得的混合液继续搅拌；

步骤(3)：冰水浴下向步骤(2)所得溶液中加入蒸馏水稀释搅拌；

步骤(4)：向步骤(3)所得溶液加入过氧化氢水溶液搅拌；

步骤(5)：离心分离除去步骤(4)所得混合物中的底层沉淀物及上层清液，收集中间层浅色产物，用蒸馏水反复洗涤至无沉淀可见，收集GO。