一种纳米铁氧化物-多层石墨烯复合材料制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料技术领域，特别地涉及一种纳米铁氧化物-多层石墨稀复合材料的制备方法。该材料在储能材料、催化反应、微波吸收领域具有使用价值。
【背景技术】
[0002]铁氧化物纳米颗粒在很多领域得到应用。其中Fe203由于比容量高、资源丰富、价格低廉和环境友好，可以作为过渡金属氧化物负极材料和窄带隙半导体光催化剂而被广为关注。而Fe304纳米粒子不仅具有超顺磁性、小尺寸效应、表面活性高等特性，还具有饱和磁化强度高、矫顽力高、电磁波吸收性能好、高居里温度以及生物相容性好等特点，从而广泛应用于磁流体、微波吸收材料、磁记录材料、催化剂载体、水处理和生物医药等领域。但纳米材料容易产生团聚，因而制备纳米颗粒与石墨烯的复合材料成为提高性能的一种途径。
[0003]目前主要采用氧化物石墨烯(G0)基底来制备铁氧化物纳米颗粒复合材料，其制备过程是通过在石墨烯表面的含氧基团吸附金属离子并氧化成氧化物纳米颗粒。G0的制备过程比较复杂，对环境的污染也比较严重。同时，石墨烯表面的氧化物纳米颗粒的分布密度较低。因此，其工业化应用受到限制。采用的多层石墨烯制备简单，有利于工业化制备，且表面没有明显氧化，有利于电性能的提尚。但由于多层石墨稀表面没有尚活性的含氧官能团，因此，在其表面制备纳米铁氧化物还未见报道。
[0004]针对以上的不足，本发明采用一种通过有机分子络合金属离子的方法在不含氧官能团的多层石墨烯表面制备铁纳米氧化物颗粒，并且通过工艺参数的改变可获得纳米Fe203-多层石墨稀、Fe203+Fe304-多层石墨稀、Fe304_多层石墨稀等复合氧化物，为制备不同性能的铁纳米氧化物-多层石墨烯复合氧化物提供了一种方便的途径。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种简单的方法，在不含氧官能团的多层石墨烯表面获得铁氧化物纳米颗粒，并通过改变工艺参数获取Fe203-多层石墨烯、纳米Fe203+Fe304-多层石墨稀、纳米Fe304-多层石墨稀等复合氧化物的方法，工艺过程简单，适合工业化生产。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
[0007]—种纳米铁氧化物-多层石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0008]S10，量取体积比为8: 2的DMF和蒸馏水，混合后作为混合溶剂，两者体积和作为混合溶剂体积用于计算；
[0009]S20，加入膨胀石墨，超声振荡2?7小时，得到多层石墨烯混合溶液；
[0010]S30，在多层石墨烯混合溶液中加入四水氯化亚铁和无水醋酸钠，搅拌3?6分钟，将溶液倒入水热反应釜，在100°C?130°C温度下保温1-5小时后冷却至室温；
[0011]S40，取出反应物用酒精和水进行离心清洗各3次，清洗后在干燥箱中60°C干燥24小时，得到干燥的纳米铁氧化物-多层石墨烯复合材料。
[0012]优选地，S20中，膨胀石墨相对于混合溶剂为1.3mg/mL?2.5mg/mL。
[0013]优选地，S30中，无水醋酸钠的添加量为0-2mg/ml，加热温度为100_130°C，填充度为20-50%，得到纳米Fe203/多层石墨稀复合材料。
[0014]优选地，S30中，无水醋酸钠添加量为5-20mg/ml，加热温度为120-130°C，填充度为20-30%，得到纳米Fe203+Fe304/多层石墨稀复合。
[0015]优选地，S30中，无水醋酸钠添加量为5-20mg/ml，加热温度为100-110°C，填充度为30-50%，得到纳米Fe304/多层石墨稀复合材料。
[0016]优选地，S20中得到的多层石墨烯表面含氧量小于3%，层数小于100层。
[0017]相对于现有技术，本发明的有益效果如下:
[0018](1)所使用的基片为多层石墨烯，多层石墨烯制备简单，有利于工业化制备，具有良好的导电性，并具有较强的机械性能。
[0019](2)所用多层石墨烯表面没有进行氧化处理，表面含有的氧官能团少，从而提高了材料的电学性能。
[0020](3)通过工艺参数的改变可获得纳米Fe203-多层石墨稀、Fe203+Fe304-多层石墨稀、Fe304-多层石墨稀等复合氧化物，为制备不同性能的铁纳米氧化物-多层石墨稀复合氧化物提供了一种方便的途径。
[0021](4)本发明的方法工艺简单，容易控制，便于工业化生产。所制备复合材料在该材料在储能材料、催化反应、微波吸收领域具有使用价值。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例的纳米铁氧化物-多层石墨烯复合材料制备方法的步骤流程图；
[0023]图2本发明实施例1的Fe203-多层石墨烯复合材料的XRD图；
[0024]图3本发明实施例2的纳米Fe203+Fe304-多层石墨烯复合材料的XRD图；
[0025]图4本发明实施例3的纳米Fe304-多层石墨烯复合材料的XRD图；
[0026]图5本发明实施例1的Fe203-多层石墨烯复合材料的扫描电镜图；
[0027]图6本发明实施例2的纳米Fe203+Fe304-多层石墨烯复合材料的扫描电镜图和透射电镜图；
[0028]图7本发明实施例3的纳米Fe304-多层石墨烯复合材料的扫描电镜图和透射电镜图。
【具体实施方式】
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]参见图1，其为本发明实施例的纳米铁氧化物-多层石墨烯复合材料制备方法的步骤流程图，其包括以下步骤:
[0031]S10，量取体积比为8: 2的DMF(二甲基甲酰胺)和蒸馏水，混合后作为混合溶剂，两者体积和作为混合溶剂体积用于计算；
[0032]S20，加入膨胀石墨，超声振荡2?7小时，得到多层石墨烯混合溶剂；
[0033]其中膨胀石墨相对于混合溶剂为1.3mg/mL?2.5mg/mL,多层石墨稀表面含氧量小于3%，层数小于100层。
[0034]S30，在多层石墨烯混合溶剂中加入四水氯化亚铁和无水醋酸钠，搅拌3?6分钟，将溶液倒入水热反应釜，在100°C?130°C温度下保温1-5小时后冷却至室温；
[0035]S40，取出反应物用酒精和水进行离心清洗各3次，清洗后在干燥箱中60°C干燥24小时，得到干燥的纳米铁氧化物-多层石墨烯复合材料。
[0036]其反应机理如下:Fe2+离子在水和DMF的混合溶济中形成络合物(Fe (0H)x(DMF)6x]2X，与多层石墨烯产生31-31作用后，吸附于多层石墨烯表面，在不同的水热工艺条件下，氧化形成不同氧化程度的铁氧化物。醋酸钠中的醋酸根离子，能吸附在铁离子表面，减弱亚铁离子的氧化和阻止铁氧化物颗粒的长大，从而形成均匀的超小铁氧化纳米颗粒。在具体反应实例中，当无水醋酸钠添加量为0-2mg/ml，加热温度为100-130°C，填充度在20-50%时获取的是Fe203-多层石墨烯复合材料。当无水醋酸钠添加量为5_20mg/ml，加热温度为120-130°C，填充度在20-30%时获取的是纳米Fe203+Fe304-多层石墨烯复合。当无水醋酸钠添加量为5-20mg/ml，加热温度为100_110°C，填充度在30-50%时获取的是纳米Fe304-多层石墨稀复合材料。
[0037]实施例1
[0038]SmlDMF和2ml蒸馏水相混作为混合溶剂，加入15mg膨胀石墨，超声振荡2小时，得到本发明所需多层石墨稀。在混合溶液中加入lOOmg Fecl2.4Η20搅拌5分钟；将溶液倒入水热反应爸中，使溶液在水热反应爸中的填充度为30%。在120°C下保温2小时后冷却至室温；取出反应物用酒精和水离心清洗各3次，最后用干燥箱