一种太阳光、激光还原制备石墨烯及复合材料的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种太阳光、激光还原制备石墨稀及复合材料的方法，属于功能材料领域。
【背景技术】
[0002]石墨烯是单层原子组成的二维碳基材料，具有大的表面积，高的电子迀移率，良好的机械强度和导热性能，从而使其在能源材料、存储器件等研宄领域获得广泛的关注。
[0003]石墨烯复合材料是将其它纳米结构材料与石墨烯通过化学键、分子间作用力等结合在一起。石墨稀复合材料包括石墨稀金属复合材料，如石墨稀与钼、金、银等纳米颗粒复合材料；石墨烯金属氧化物复合材料，如石墨烯与四氧化三锰、氧化镍、氧化铁等复合材料；杂原子掺杂石墨烯材料，如氮掺杂、硫掺杂、磷掺杂等；石墨烯与聚合物复合材料，如石墨烯与聚吡络、聚苯胺等复合材料。
[0004]目前，大批量制备石墨烯的方法主要是化学还原法，对于石墨烯复合材料的制备主要集中在高温退火、微波反应和水热反应等方法上，往往制备周期长，实验条件苛刻，用到有毒的化学试剂等，而且制备方法各不相同，这些都严重的影响到了石墨烯及其复合材料的大规模制备以及应用。因此，简单有效的大规模制备石墨烯及其复合材料，已经成为石墨烯应用研宄的热点。
[0005]光还原制备石墨烯是一种有效地简单绿色的制备石墨烯的方法，但是目前的利用光源进行还原只局限于微小器件的还原加工，例如制备微小的电路加工等，对于石墨烯基复合材料的制备，利用光源进行还原制备仍然只局限于有限的几种复合材料。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种太阳光、激光还原制备石墨烯及复合材料的方法。
[0007]本发明的目的由以下技术方案实现。
[0008]一种太阳光、激光还原制备石墨烯及复合材料的方法，所述方法步骤如下:
[0009](I)利用氧化剥离石墨法(Hmnmers法)制备得到氧化石墨稀溶液；
[0010]优选氧化石墨稀溶液的浓度为2mg/mL?10mg/mL ；
[0011](2)将步骤(I)制得的氧化石墨烯溶液与待复合材料混合均匀，得到混合物质；
[0012]所述待复合材料为以下四类物质中的一种，每类物质里只选一种材料，其中:
[0013]第一类:氯铂酸溶液、氯金酸溶液或硝酸银溶液；
[0014]其中，优选氯铂酸溶液的物质量浓度为2mmol/L?20mmol/L，优选氯金酸溶液的物质量浓度为lmmol/L?lOmmol/L，优选硝酸银溶液的物质量浓度为0.0Olmol/L?0.lmol/L ；
[0015]优选氯铂酸溶液、氯金酸溶液或硝酸银溶液与氧化石墨烯溶液的体积比为1:1;
[0016]第二类:醋酸镍溶液、草酸铁溶液、醋酸锰溶液、醋酸钴溶液、醋酸铬溶液或醋酸铅溶液；
[0017]其中，优选醋酸镍溶液的物质量浓度为0.001mol/L?0.lmol/L，优选草酸铁溶液的物质量浓度为0.001mol/L?0.lmol/L，优选醋酸锰溶液的物质量浓度为0.001mol/L?0.lmol/L，醋酸钴溶液的物质量浓度为0.001mol/L?0.lmol/L，醋酸铬溶液的物质量浓度为0.001mol/L?0.lmol/L，醋酸铅溶液的物质量浓度为0.001mol/L?0.lmol/L ；
[0018]优选醋酸镍溶液、草酸铁溶液、醋酸锰溶液、醋酸钴溶液、醋酸铬溶液或醋酸铅溶液与氧化石墨烯溶液的体积比为1:1;
[0019]第三类:红磷、三聚氰胺或硫；
[0020]优选红磷、三聚氰胺或硫与氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的质量比为1:1;
[0021]第四类:啦咯；
[0022]优选吡咯与氧化石墨烯溶液的体积比为1:10;
[0023](3)将步骤(I)制得的氧化石墨烯溶液进行冷冻干燥处理，得到三维泡沫结构的块状氧化石墨烯；
[0024]将步骤(2)制得的混合物质进行冷冻干燥处理，得到三维泡沫结构的块状氧化石墨烯复合材料；
[0025]优选所述冷冻干燥处理为:先置于彡-10°C冷冻成块状，然后放置于彡10Pa的真空环境中，使内部结晶水升华；
[0026](4)对步骤(3)制得的块状氧化石墨烯进行激光或太阳光聚焦照射，黄棕色的块状氧化石墨烯被还原为黑色的块状石墨烯，为三维泡沫结构；
[0027]对步骤(3)制得的块状氧化石墨烯复合材料进行激光或太阳光聚焦照射，黄棕色的块状氧化石墨烯复合材料被还原为黑色的块状石墨烯复合材料，内部为三维多孔状，整体为泡沫状；
[0028]优选所述激光功率为1W，照射时间Is ；
[0029]优选所述太阳光聚焦照射的焦点功率为1W，时间为Is。
[0030]有益效果
[0031]1.本发明提供了一种太阳光、激光还原制备石墨烯及复合材料的方法，所述方法工艺简单、价格低廉且环境友好，适合大规模生产；
[0032]2.本发明提供了一种太阳光、激光还原制备石墨烯及复合材料的方法，所述方法使用的原材料来源广泛，合成技术成熟，质量高且成本低；
[0033]3.本发明提供了一种太阳光、激光还原制备石墨烯及复合材料的方法，所述方法不仅适用于快速还原制备三维泡沫结构的块状石墨烯，而且可以制备泡沫状三维石墨烯/铂纳米颗粒、三维石墨烯/银纳米颗粒、三维石墨烯/金纳米颗粒、三维石墨烯/四氧化三猛纳米颗粒、三维石墨稀/氧化镲纳米颗粒、三维石墨稀/氧化钴纳米颗粒、三维石墨稀/氧化铁纳米颗粒、三维石墨烯/氧化铬纳米颗粒、掺氮三维石墨烯、掺硫三维石墨烯、掺磷三维石墨烯、三维石墨烯/聚吡咯复合材料，是一种通用的制备三维多孔结构石墨烯以及其复合材料的方法；
[0034]4.本发明提供了一种太阳光、激光还原制备石墨烯及复合材料的方法，所述方法得到的块状石墨烯及复合材料为泡沫状，内部结构呈三维、多孔状，比表面大。
【附图说明】
[0035]图1为实施例1中得到的块状氧化石墨烯的照片。
[0036]图2为实施例1中得到的终产物的照片。
[0037]图3为实施例1中得到的终产物的扫描电子显微镜图。
[0038]图4为实施例1中得到的块状氧化石墨烯和终产物的X射线衍射测试结果图。
[0039]图5为实施例2中得到的终产物的透射电子显微镜图。
[0040]图6为实施例2中得到的终产物的X射线衍射测试结果图。
[0041]图7为实施例3中得到的终产物的透射电子显微镜图。
[0042]图8为实施例3中得到的终产物的X射线衍射测试结果图。
[0043]图9为实施例4中得到的终产物的透射电子显微镜图。
[0044]图10为实施例4中得到的终产物的X射线衍射测试结果图。
[0045]图11为实施例5中得到的终产物的透射电子显微镜图。
[0046]图12为实施例5中得到的终产物的X射线衍射测试结果图。
[0047]图13为实施例6中得到的终产物的透射电子显微镜图。
[0048]图14为实施例6中得到的终产物的X射线衍射测试结果图。
[0049]图15为实施例7中得到的终产物的透射电子显微镜图。
[0050]图16为实施例7中得到的终产物的X射线衍射测试结果图。
[0051]图17为实施例8中得到的终产物的透射电子显微镜图。
[0052]图18为实施例8中得到的终产物的X射线衍射测试结果图。
[0053]图19为实施例9中得到的终产物的透射电子显微镜图。
[0054]图20为实施例9中得到的终产物的X射线衍射测试结果图。
[0055]图21为实施例10中得到的终产物的X光电子能谱测试结果图。
[0056]图22为实施例11中得到的终产物的X光电子能谱测试结果图。
[0057]图23为实施例12中得到的终产物的X光电子能谱测试结果图。
[0058]图24为实施例13中得到的终产物的拉曼测试结果图。
[0059]图25为实施例14中得到的终产物的扫描电子显微镜图。
[0060]图26为实施例14中得到的终产物的X射线衍射测试结果图。
【具体实施方式】
[0061]下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
[0062]以下实施例中:
[0063]所述的用氧化剥离石墨法(Hummers法)制备氧化石墨稀溶液步骤如下:将6g石墨粉、160mL质量浓度为98 %的浓硫酸和3g硝酸钠混合，在冰浴、搅拌条件下，加入18g高锰酸钾，搅拌0.5h，升温至35°C，继续搅拌0.5h，然后加入300mL去离子水，将温度调至900C，搅拌15min，再加入100mL去离子水，继续搅拌，温度调至常温，加入40mL过氧化氢，然后抽滤得到固体，加入200mL?100mL水，再离心洗涤，制得2mg/mL?10mg/mL氧化石墨稀溶液。(如:200mL水可得到浓度为10mg/mL氧化石墨稀溶液，100mL水可得到浓度为2mg/mL氧化石墨稀溶液，其余浓度可依次类推计算)
[0064]测试所使用的测试仪器以及型号如下:
[0065]扫描电子显微镜(JSM-7001F)，透射电子显微镜(JEM-2010)，X射线衍射仪(Netherlands 1710)，比表面积测试仪(N0VA2200e)，X 光电子能谱仪(ESCALab220i_XL)，拉曼测试仪(Renishaw microRaman spectro