[发明专利]一种氧化石墨烯包覆Fe3O4纳米簇复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯包覆Fe₃O₄纳米簇复合材料制备方法。该制备方法首先制备出由众多单晶Fe₃O₄纳米粒子组成的Fe₃O₄纳米簇，然后在其表面沉积一层SiO₂，再通过在其表面引入聚二烯丙基二甲基氯化铵，诱导氧化石墨烯牢固地包覆于Fe₃O₄纳米簇的表面。该制备方法制备氧化石墨烯复合材料，氧化石墨烯的包覆效果好，稳定性高，对亚甲基蓝的表现出了良好的吸附性能，且吸附过程简单、绿色环保，在处理有机物废水等领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明设计一种氧化石墨烯包覆Fe₃O₄纳米簇复合材料及其制备方法。属于炭材料技术领域。

背景技术

石墨烯材料由于其独特的结构和优异性能，目前是材料、凝聚态等领域研究的热点。氧化石墨烯作为一种石墨烯的一种衍生材料，其表面含有丰富的各种含氧功能团，如环氧基、羧基、羰基、氢氧基，这些基团往往能够和金属离子发生螯合等作用，同时其又含有由SP²杂化形成正六边形芳香结构的碳原子层结构，这种结构和有机染料等往往会π-π作用，此外，它还具有比表面积大、开放的孔结构、化学性能稳定等特点，因此，氧化石墨烯作为水处理吸附材料的研究引起了越来越多研究人员的重视。

已经有研究证明了氧化石墨烯作为吸附材料，对重金属离子、有机染料及蛋白质等污染物具有优异的吸附性能，但氧化石墨烯材料在溶液中往往会发生片层的聚集而降低其性能，同时氧化石墨烯吸附污染物后难以从溶液中分离。

Fe₃O₄材料是一种绿色环保材料且容易制备，更重要的是它具有磁性分离快速和简便的特点，这刚好弥补了石墨烯材料难分离的缺点，氧化石墨烯-Fe₃O₄复合材料由于引入了具有超顺磁性的Fe₃O₄纳米粒子，只需置于外加磁场中就可轻易实现分离。此外，氧化石墨烯-Fe₃O₄复合材料还能阻止Fe₃O₄纳米粒子在溶液的团聚，化学稳定性大大增强，同时，氧化石墨烯也因Fe₃O₄的阻隔而不会重新形成堆积结构。

目前已经有报道采用多种方法如如溶剂热还原法、水热还原法、一步法、自组装法来制备石墨烯磁性复合材料。在这些复合材料中，Fe₃O₄纳米粒子大都是沉积在石墨烯的层面上，存在Fe₃O₄从石墨烯脱落的问题，该类复合材料中的Fe₃O₄并不是很稳定。采用氧化石墨烯包覆Fe₃O₄纳米粒子能够有效解决其不稳定的问题。最近，有报道有人制备出了氧化石墨烯包覆Fe₃O₄复合材料（一种核壳型四氧化三铁/氧化石墨烯复合型纳米催化剂的制备方法，申请号：201610310844.5）。但该复合材料中Fe₃O₄存在较严重的团聚现象，包覆效果不是太理想。本申请发明专利，先制备出Fe₃O₄纳米簇，该纳米簇由很多微小的Fe₃O₄纳米粒子组成，粗糙表面，因而其比表面积较大，通过沉积SiO₂，再在其表面引入具有正电荷的聚二烯丙基二甲基氯化铵，通过其诱导氧化石墨烯，从而在Fe₃O₄纳米簇表面均匀包覆一层氧化石墨烯片。

发明内容