一种Ag/rGO三明治结构纳米复合材料及其制备方法与应用与流程

本发明属于清洁可持续新型环境治理应用领域，特别涉及一种ag/rgo三明治结构纳米复合材料及其化学催化应用。

背景技术：

自二十世纪以来，随着科技的不断进步和发展，造成了一系列的后果，比如全球的污染和能源的危机。人类的繁衍和生存已受到严重的威胁，比如全球变暖，臭氧层破坏等等，然而潜在的威胁不止于此。所以保护和治理环境已成为各国的共同心声。化学污染作为环境污染中最严重问题，其严重破坏水资源、土壤和大气，然而一般处理污染方法包括：物理吸附法，化学氧化法等手段。虽然这些处理的方法对环境治理有一定的帮助意义，然而存在一定的弊端比如：效率低下，产生二次污染，适用范围较小或者是成本太高。因此开发出高效低能耗、将污染彻底清除的新技术一直成为研究者们探索的焦点。传统的催化剂通常情况下为贵金属催化剂，这些贵金属催化剂虽然表现出较为优良的催化活性，但是由于贵金属催化剂的可回收性低下，因此严重制约了其进一步发展和实际应用。

石墨烯作为一种易合成的导电高分子材料，可以通过机械剥离法，化学气相沉淀法，氧化-还原法等制备。同时其拥有高比表面积，强机械以及导电性能在在太阳能电池，光催化，以及制氢储氢方面得到了广泛的应用，其中主要是从对环境的影响方面着手。同时由于石墨烯高的比表面积以及其特殊性质，石墨烯可以作为一种良好吸附剂，研究表明：石墨烯对水中金属离子通过静电吸附作用对重金属具有较强吸附，同时对有机染料(如mo，mb)也表现出较强的吸附亲和力。但是由于石墨烯存在范德华力，使其容易发生团聚现象。

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种ag/rgo三明治结构纳米复合材料及其化学催化领域。该ag/rgo三明治结构纳米复合结构具有催化活性高、稳定性好等特点。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种ag/rgo三明治结构纳米复合材料及其制备方法与应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种ag/rgo三明治结构纳米复合材料，包括石墨烯片层结构，所述石墨烯片之间通过摻杂在石墨烯片层之间的银纳米颗粒进行粘结，所述银纳米颗粒与石墨烯片之间通过ag-c键连接。

一种ag/rgo三明治结构纳米复合材料的制备方法，步骤如下：

(1)将氧化石墨烯醛基化，将醛基化后的氧化石墨烯分散到去离子水中，获得浓度为0.5mg/ml的醛基化后的氧化石墨烯溶液；

(2)将步骤1获得的100ml0.5mg/ml醛基化后的氧化石墨烯溶液与10ml1*10^-4mol/l银氨溶液按照体积比10：1混合，加入葡萄糖，在98℃、搅拌下，反应1h，使得银和石墨烯同时得到充分还原；

(3)将步骤2中反应得到的还原产物用乙醇清洗后并离心，真空干燥离心产物，得到ag/rgo三明治结构纳米复合材料。

一种ag/rgo三明治纳米复合材料在化学催化中的应用。该应用为将所述材料应用于化学催化4-np。具体为：首先将10ml5.0*10^-4mol/l的4-np溶液和10ml的0.1mol/lnabh4混合均匀，然后加入3mg催化剂进行催化。

本发明的有益效果是：本发明ag@rgo三明治纳米复合材料由agno3/go通过葡萄糖同时还原银和石墨烯，使得银纳米颗粒摻杂与石墨烯片层结构之间，其中葡萄糖用作辅助还原剂，其中由于醛基的活性大，使ag⁺首先与修饰醛基的氧化石墨烯上形成ag晶种，由此形成了ag-c化学键；葡萄糖的加入使ag晶种增大同时将氧化石墨烯还原为石墨烯，由于贵金属的其粘结性得到产物三明治ag@rgo纳米复合结构。同时还原氧化石墨烯作为良好的导体可以抑制电荷复合。作为非碳颗粒进入层中，石墨烯的层间距离将增加，导致层间范德华力减弱，导致层间范德华力减弱，从而降低团聚的可能性。同时，由于复合材料的三明治以及rgo高比面积大大提高对硝基苯酚的还原活性，其中银作为还原剂。

附图说明

图1是实施例1制备的ag@rgo三明治纳米复合材料扫描电子显微镜图片(sem)。

图2是实施例1制备ag@rgo三明治纳米复合材料透射电子显微镜图片(tem)。

图3是实施例1制备ag@rgo三明治纳米复合材料的ag纳米颗粒的粒径分布图片。

图4是实施例1制备ag@rgo三明治纳米复合材料的edx图像。

图5是实施例1制备ag@rgo三明治纳米复合材料的xrd图像。

图6是实施例1制备ag@rgo三明治纳米复合材料的xps图像。

图7是实施例1制备ag@rgo三明治纳米复合材料的催化性能图像。石墨烯(图a)、银纳米颗粒(图b)、ag@rgo三明治纳米复合材料(图c)。

图8是实施例1制备ag@rgo三明治纳米复合材料的重复利用性能图。

具体实施方式

本发明通过用葡萄糖同时还原银和石墨烯，使得银纳米颗粒摻杂与石墨烯片层结构之间，石墨烯的层间距离将增加，导致层间范德华力减弱，导致层间范德华力减弱，从而降低团聚的可能性。进一步地，由于两者同时还原，两者之间构成了ag-c化学键连接，不仅抑制了电子-空穴的复合，提高了材料的催化性能，更是大大增加了材料整体的稳定性，提高了材料重复利用率。

下面结合实施例对本发明作进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。

实施例1：

一种ag/rgo三明治结构纳米复合材料，制备步骤如下：

(1)将氧化石墨烯醛基化：在石墨烯表面修饰羧基官能团，再利用9-bbn(9-硼双环[3·3·1]壬烷)和li9-bbn(9-硼双环[3·3·1]壬烷基锂)作为还原剂(tetrahedronletters，1987，28，39，4575-4578；tetrahedronletters，1987，28，49，6231-6234)，一步将石墨烯表面的羧基还原成为醛基，从而在石墨烯表面成功修饰醛基。

(2)将醛基化后的氧化石墨烯分散到去离子水中，获得浓度为0.5mg/ml的醛基化后的氧化石墨烯溶液；

(3)将步骤2获得的100ml0.5mg/ml醛基化后的氧化石墨烯溶液与10ml1*10^-4mol/l银氨溶液按照体积比10∶1混合，加入葡萄糖，在98℃、搅拌下，反应1h，使得银和石墨烯同时得到充分还原；

(4)将步骤3中反应得到的还原产物用乙醇清洗后并离心，真空干燥离心产物，得到ag/rgo三明治结构纳米复合材料。

图1为本发明制备的ag@rgo三明治的扫描电子显微镜图(sem)，从图1中可以看出ag纳米颗粒很好的穿插在石墨烯表面形成特殊的三明治结构。通过拉曼测试，图谱具有大量的1361cm^-1的峰，表明材料中具有大量的ag-c化学键；图2为本发明制备的ag@rgo三明治的透射电子显微镜图(tem)，从图2中可以看出ag纳米颗粒分散性相对较好，没有出现团聚现象。图3为本发明制备的ag@rgo三明治粒径分布图片，从图3可以看出其ag纳米颗粒粒径大小主要分布在10-20nm区间内。图4为本发明制备ag@rgo三明治纳米复合材料的edx图像，从图4中可以看出含有c、ag、o三种元素，这说明了颗粒即为银纳米颗粒。图5为本发明制备的ag@rgo三明治纳米复合材料的xrd图像，从图5中可以看出银纳米颗粒的结晶度较好，也说明了纳米复合材料被成功制备。图6为本发明制备ag@rgo三明治纳米复合材料的xps图像，从图6中可以看出在368.4ev和374.4ev处都有对应的峰，通过卡片得出其对应的就是ag0的3d3/2和3d5/2。

将上述制备的ag@rgo三明治纳米复合材料作为催化剂进行催化实验，具体为：首先将10ml5.0×10^-4mol/l的4-np溶液加入到100ml的双口通水烧杯中，再分别加入10ml的0.1mol/lnabh4，均匀搅拌半个小时其中溶液为黄色。取一次溶液进行紫外吸收测试做对比，加入3mg催化剂进行催化性能测试，每隔2min进行一次催化测试，直至颜色变为无色记录最终时间，并在此基础上进行重复性实验。

图7为本发明制备的ag@rgo三明治纳米复合材料的催化性能图，从图中可以看出ag@rgo三明治纳米复合材料(图c)相对于石墨烯(图a)，银(图b)纳米颗粒，这种结构的纳米复合材料具有更优异的催化性能。由此可知，银的摻杂可以抑制了电子-空穴的复合；图8为本发明制备的ag@rgo三明治纳米复合材料的稳定性测试，从图中可以看出循环10次后，其催化性能改变不大，由此可知，银纳米颗粒对石墨烯片的粘结作用，即ag-c化学键的存在，大大提高了材料的稳定性。

本发明方法制备的ag@rgo三明治纳米复合材料制备方法简单，重复性高，可操作性强。作为一种新型的催化剂，表现出了较强催化性能，以及催化稳定性。