[发明专利]具有分级异质结构的复合微粉及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种具有分级异质结构的氧化石墨烯/聚苯胺/氧化锌纳米复合微粉及其制备方法与应用，所述复合微粉由片状氧化石墨烯构成内核、针状纳米聚苯胺构成中间层、氧化锌量子点构成外壳；其中，针状纳米聚苯胺以阵列的形式垂直生长排布在片状氧化石墨烯上；本发明产品制备工艺简单，反应条件温和易实现且工艺重复性能好；应用本发明所述复合微粉制备的紫外光探测器具有响应速度快、稳定性回复性良好的特点。

(一)技术领域

本发明涉及一种具有分级异质结构的氧化石墨烯/聚苯胺/氧化锌纳米复合微粉及其制备方法，以及该复合微粉在紫外探测器中的应用。

(二)背景技术

光敏材料是一种可以吸收一定波长的光并产生电子空穴对，利用电子空穴的定向移动而产生电信号的物质。制备有光电流敏感性的功能化的纳米材料是当今研究的热点之一。如纳米氧化锌，纳米二氧化钛，纳米二氧化锡，纳米氧化镍，纳米硫化镉等。其中，纳米ZnO具有生长温度低、环境友好、对紫外线的高灵敏度和制造成本低等优点，已成为实现高性能紫外光电探测器的首选材料之一。但是颗粒状的纳米氧化锌颗粒容易团聚，效率较低。为此，大多数文献均采用在透光基底上制备纳米氧化锌棒阵列来制备紫外光探测器。然而这种方法通常需要带着基底在300度以上的高温进行烧结处理，因此，基底的选择比较单一。此外，纯的ZnO纳米材料光生电子空穴对的复合率以及表面缺陷都较高，影响了光响应的效率并制约了它的应用。

导电聚合物，凭借其高度离域的环π电子体系，而展现出较强的光吸收能力。其中，聚苯胺(PANI)具备质轻、易合成、良好环境稳定性和电导率可调等优点。如果能够在n型氧化锌和p型聚苯胺形成微米或纳米级的P-N结，则其界面上可以形成一个耗尽层。这将有利于光生电子-空穴的分离，提高复合微粉的光电导性和效率。因此，如何尽可能多的在n型氧化锌和p型聚苯胺形成微米或纳米级的P-N结，扩大P-N结的面积，并使结中两种不同组分有一个很好的连接是一个挑战。

分级纳米结构为解决上述问题提供了一种新的思路。分级纳米结构是一种由简单的纳米结构为主要的构建单元，比如纳米针、纳米线、纳米棒等，然后按照一定的排列方式组装成规则的有序结构。分级结构具有比表面积大、光吸收效率高、抗团聚能力强等一系列优异的结构特征。因此三维分级纳米结构不仅具有单一的组装单元产生的优越性能，而且可以因为构建单元的排列组装产生协同效应和耦合效应，得到新的物理化学性质。由此提髙其材料性能，拓展其应用前景。当其组装单元的化学组成不同时，将形成异质分级纳米结构，可形成异质界面。这使得分级异质材料除了上述的优点外，还在电荷传输方面取得独特的优势。在超级电容器、光催化、太阳能电池和污水处理等领域具有巨大的应用前景。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种具有分级异质结构的氧化石墨烯/聚苯胺/氧化锌纳米复合微粉及其制备方法与应用。

本发明的技术方案如下：

一种具有分级异质结构的氧化石墨烯/聚苯胺/氧化锌纳米复合微粉，所述复合微粉由片状氧化石墨烯构成内核、针状纳米聚苯胺构成中间层、氧化锌量子点构成外壳；其中，针状纳米聚苯胺以阵列的形式垂直生长排布在片状氧化石墨烯上；

进一步，所述片状氧化石墨烯的直径为2～6μm，厚度为1～5nm；

进一步，所述针状纳米聚苯胺的直径为10～20nm，长度为20～150nm；

进一步，所述氧化锌量子点的直径为4～6nm。

本发明所述具有分级异质结构的氧化石墨烯/聚苯胺/氧化锌纳米复合微粉的制备方法为：

(1)将氧化石墨烯、高氯酸水溶液、醇溶剂混合均匀，在-10～5℃下搅拌10～30min，然后加入苯胺单体，搅拌20～60min，接着加入0～5℃的过硫酸铵/高氯酸混合水溶液，在-10～5℃下搅拌反应8～36h，之后离心、洗涤、干燥，得到具有分级异质结构的氧化石墨烯/聚苯胺纳米复合微粉(记作GO@PANI)；