[发明专利]一种石墨烯/多孔氧化锌复合薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯/多孔氧化锌复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)氧化石墨烯薄膜的制备；(2)氧化石墨烯薄膜预还原；(3)采用水热反应法在预还原后的氧化石墨烯薄膜表面生长多孔氧化锌；(4)后处理：进一步将所得复合薄膜热还原至所需还原程度；采用该方案制备的石墨烯/氧化锌复合薄膜技术简单、高效，无需引入多孔模板，多孔氧化锌负载在石墨烯薄膜表面，极大地保留了原石墨烯薄膜的力学和电学特性；原位生长在石墨烯表面的多孔氧化锌与石墨烯薄膜间结合紧密，界面清晰，又不相互掺混，使复合薄膜兼具石墨烯和多孔氧化锌的优异性能。该复合薄膜直接应用于光催化、气体传感和超级电容器等领域制备器件。

技术领域

本发明涉及复合薄膜的制备方法，具体涉及一种石墨烯/多孔氧化锌复合薄膜的制备方法，属于膜生产技术领域。

背景技术

氧化锌是一种性能稳定的II-VI族金属氧化物半导体材料，在光催化、气体传感、超级电容器和发光器件等诸多领域有广泛应用。由于纳米材料具有表面效应和体积效应等独特优势，制备纳米氧化锌并对其微观形貌进行调控有利于氧化锌在其应用领域展现出更为优异的性能。多孔结构是纳米材料形貌结构中的重要一员，与其它类型的纳米结构相比，多孔结构具有比表面积大、吸附性能高、孔道结构和骨架可调等突出优势，在催化、传感、纳米能源器件等领域具有极好的应用前景。多孔形貌的氧化锌可以强化其对入射光的吸收以及对分子、离子的吸附，对其性能提升至关重要。另一方面，石墨烯是一种具有单层石墨结构的二维纳米碳材料，其独特的晶格结构和电子结构使其具有优异的电学性能、热学性能和力学性能，加之碳材料良好的稳定性和资源丰富性，使石墨烯迅速成为纳米电子器件研究中的明星材料。石墨烯/多孔氧化锌复合薄膜将二者结合，可充分发挥石墨烯与多孔氧化锌各自的优异性能，有助于开发高性能的光催化、气体传感和超级电容器等多种功能纳米器件。

目前，石墨烯/多孔氧化锌复合薄膜主要基于模板法制备，即先将氧化锌颗粒或粉末与氧化石墨烯分散液混合配成液相前驱体，再在有机或无机多孔模板的辅助下，采用浸渍、提拉或电沉积等成膜方法制备石墨烯/多孔氧化锌复合薄膜。这种方法虽具有孔结构和形貌调控方便的优势，但也具有诸多缺撼：

(1)由于石墨烯/氧化锌复合薄膜生长在模板表面，因此成膜后模板去除困难，极易引起复合薄膜的损害，甚至不能去除；

(2)采用模板法制备的石墨烯/多孔氧化锌复合薄膜在脱离原模板后难以保持原貌独立存在，极大地限制了其应用范围；

(3)采用前驱分散液制备的复合薄膜中氧化锌和石墨烯相互掺混，该种方法难以制备具有明确、清晰界面的表面负载型石墨烯/氧化锌复合薄膜。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种石墨烯/多孔氧化锌复合薄膜的制备方法，该方法基于氧化石墨烯的亲水性受控于还原程度的重要特点，提出采用水热法在部分还原的氧化石墨烯薄膜表面一步原位生长多孔氧化锌以制备石墨烯/多孔氧化锌复合薄膜的方案。采用该方案制备的石墨烯/氧化锌复合薄膜技术简单、高效，无需引入多孔模板，多孔氧化锌负载在石墨烯薄膜表面，极大地保留了原石墨烯薄膜的力学和电学特性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种石墨烯/多孔氧化锌复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)氧化石墨烯薄膜的制备：配制氧化石墨烯水分散液，置于真空抽滤装置中抽滤形成氧化石墨烯薄膜，待干燥后从滤纸表面取下形成具有自支撑特性的氧化石墨烯薄膜；或将氧化石墨烯溶液旋涂于其他基底表面成膜；也可直接从市面上购买氧化石墨烯薄膜的商业化产品；