一种片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的水热制备方法技术

本发明专利技术公开的一种片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的水热制备方法，用去离子水溶解不同质量的一水乙酸铜，将氧化石墨烯溶液加入上述溶液，之后对其磁力搅拌，然后将氢氧化钠溶于去离子水，随后逐滴加入到先前搅拌的一水乙酸铜和氧化石墨烯的混合溶液，磁力搅拌1小时，之后水热处理10小时，待反应结束并且产物冷却至常温后，使用去离子水对产物多次洗涤，之后将产物置于真空干燥箱以60摄氏度的温度干燥，待干燥完成得到氧化铜与石墨烯不同质量比的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料粉末。利用水热法制备的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料样品具有结晶性好，均一度高且微观形貌为片状等特点，此复合材料可促进光催化反应的反应速率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实现纳米氧化铜/石墨烯复合材料的制备方法，属于复合材料制备领域。
技术介绍
氧化铜作为一种半导体金属氧化物，其禁带宽度为1.7电子伏特，能吸收可见光，可应用于光电器件，光电催化，能量储存与转化，各类传感器，环境等方面的应用，具有低毒，稳定，高效，成本低等优点。石墨烯作为一种二维纳米材料，其具有分散性好，电子迁移率高，无毒，比表面积大等优点，石墨烯是通过还原由hummers法制备得到的氧化石墨烯得到的，此方法的优点在于反应过程相对温和，较化学气相沉积法等方法来讲具有更高的产量，制备成本也相对较低。氧化石墨烯的表面和边缘分布有大量的羟基和羧基，因此其表现出良好的亲水性，使其在可以在水中可以均匀分散，而上述的羟基和羧基可以与金属阳离子结合，因此可以使用氧化石墨烯去分散金属阳离子，使金属阳离子在石墨烯表面均匀分布，再通过特定的方法处理得到金属化合物/石墨烯复合材料。石墨烯与其负载的金属氧化物形成的复合材料在一定条件下可表现出协同效应。在光催化反应中，单一的金属氧化物的催化活性较低，主要原因是由于这些金属氧化物在反应过程中发生了一定程度的团聚，导致活性反应位点降低，光生载流子的效率下降，从而导致光催化反应中催化速率降低；由于石墨烯具有较大的比表面积，当金属氧化物作为吸光材料负载于石墨烯的表面和边缘时，能够有效地提升光生载流子的分离和迁移，减少了光生载流子的再复合率，因此构筑氧化铜/石墨烯的复合结构有利于提高其光催化的反应速率。当应用于储能器件时，例如锂离子电池或者钠离子电池的负极材料，氧化铜/石墨烯复合材料能够利用其界面效应，增加了锂(钠)离子的储存密度以及循环稳定性；并且，由于石墨烯具有较高的载流子迁移率，这有利于电荷的迁移，增加了电池的充放电速率。同时，氧化铜的纳米结构形貌对于其在光催化、储能器件等领域的应用有着重要的影响，相比其它的纳米结构，片状的氧化铜与石墨烯构成的二维纳米异质结由于存在较大的界面接触，这使得它们在光催化过程中能够有效促进载流子的分离、传输以及活性反应位点的提高；也使得它们在能源存储器件应用中能够提高储能密度和提升电荷传输的效率。因此，片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料具有较为广泛的应用前景。目前制备金属氧化物复合材料的方法分为固相法和液相法，这两类方法中，主要包括高温固相法，溶胶-凝胶法，化学沉淀法，水热法等方法。高温固相法是指在高温下固体界面间经过接触，反应，成核，晶体生长反应而生成产物的一种方法，具有成本低，产量大，制备
工艺简单等特点；其缺点包括能耗大，样品容易团聚，容易在反应过程中掺入杂质等。溶胶-凝胶法的过程是将酯类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后加入其他组分，在一定温度下反应形成凝胶，最后经干燥处理制成样品，其优点是反应步骤简单，均匀性好，反应所需的温度较低；其缺点是反应的原料昂贵且部分有毒，反应的时间较长。化学沉淀法是指在溶液状态下利用沉淀剂将样品沉淀，之后再将样品干燥或者焙烧处理来得到相应的样品，其优点是反应中使用的仪器简单，适合大规模制备样品，缺点是对样品质量难以控制，均一度较低等。水热法是指样品在密闭的容器内通过加热去创造一个高温高压的环境，使晶体在反应过程中发生溶解再结晶这一过程，通过水热法制备得到样品具有分散性好，晶体的结晶性高等特点，该方法具有反应温度为中低温，设备简单，操作方便等特点。
技术实现思路
为了解决上述现有技术的不足，本专利技术提供一种实现片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的水热制备方法，利用水热法制备结晶性好，均一度高且微观形貌为片状的纳米氧化铜/石墨烯复合材料，此复合材料可促进光催化反应的反应速率。本专利技术采用的技术方案步骤如下：第一步：用去离子水溶解一水乙酸铜，得到溶液A；第二步：使用hummers法将石墨制备成氧化石墨烯溶液；第三步：将氧化石墨烯溶液逐滴滴入到溶液A中，磁力搅拌8小时得到溶液B；第四步：将氢氧化钠溶于去离子水，将其逐滴加入到溶液B，之后再次磁力搅拌1小时获得溶液C；第五步：将溶液C转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，在100摄氏度反应10小时得到反应混合产物D，待不锈钢高压反应釜自然冷却至室温后，先除去上层清液，随后将反应混合产物D转移至烧杯中；第六步：使用去离子水清洗反应产物D，使用pH计检测清洗后的上清废液，当上清废液的pH值达到7时，静置沉淀除去上清液后得到含水的固体产物E；第七步：将含水的固体产物E放入真空干燥箱中，60摄氏度干燥24小时，得到干燥的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料。所述的氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与一水乙酸铜的质量之比为3％～6％。所述的一水乙酸铜与氢氧化钠的摩尔比为1∶20。所述的hummers法制备氧化石墨烯的基本过程是以石墨为原料，使用浓硫酸和高锰酸钾作为氧化剂，依次加入到石墨中，搅拌6小时后，将去离子水和过氧化氢溶液缓慢依次
加入其中，之后分别使用盐酸和去离子水对样品进行酸洗和水洗，之后利用超声波处理样品，将氧化石墨烯分散于水溶液中，形成氧化石墨烯溶液。本专利技术的有益效果是：1.使用石墨烯与纳米氧化铜复合，可以避免氧化铜纳米结构在反应过程中团聚，有利于提高氧化铜/石墨烯复合纳米结构在光催化反应过程中的载流子分离、传输，减少载流子的分离后的再复合率；有利于该复合结构作为锂(钠)离子电池负极材料时具有较高的电导性、储能密度和循环稳定性。2.使用水热法制备的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料样品具有结晶性好，样品均一度高等特点，并且工艺简单，可重复性好。附图说明图1是实施例1所得的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的XRD图谱。图2是实施例1所得的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的扫描电镜照片。图3是实施例2所得的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的XRD图谱。图4是实施例2所得的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的扫描电镜照片。图5是实施例3所得的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的XRD图谱。图6是实施例3所得的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的扫描电镜照片。具体实施方式使用hummers法制备氧化石墨烯的方法是：将0.8克的石墨缓慢放入50毫升质量分数98％的浓硫酸中，使用玻棒不断搅拌，之后将4克高锰酸钾分10次加入，每次加入后需用玻棒搅拌30秒，之后样品使用磁力搅拌器搅拌6小时，待6小时的搅拌完成后，将100毫升去离子水缓慢滴入正在磁力搅拌的样品中，之后再将4毫升质量分数为30％的过氧化氢溶液缓慢滴入正在磁力搅拌的样品中，然后将样品使用超声波处理30分钟；使用质量分数为9％的稀盐酸溶液洗涤样品，之后对样品离心处理，此过程重复3次；使用去离子水洗涤样品，之后对样品离心处理，此过程重复3次；之后对样品使用超声波处理15分钟，待其冷却后，取单位质量的样品进行干燥，可计算得到氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的质量分数。实施例1：将833毫克一水乙酸铜溶解于25毫升去离子水中，磁力搅拌10分钟，之后在乙酸铜溶液中加入含有50毫克氧化石墨烯的溶液，继续磁力搅拌10小时；将3.331克氢氧化钠溶于15毫升去离子水，搅拌10分钟，之后将其加入乙酸铜和氧化石墨烯的混合溶液中，磁力搅
拌1小时，然后将混合溶液转移至100毫升不锈钢高压反应釜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的水热制备方法，其特征在于：第一步：用去离子水溶解一水乙酸铜，得到溶液A；第二步：使用hummers法将石墨制备成氧化石墨烯溶液；第三步：将氧化石墨烯溶液逐滴滴入到溶液A中，磁力搅拌8小时得到溶液B；第四步：将氢氧化钠溶于去离子水，将其逐滴加入到溶液B，之后再次磁力搅拌1小时获得溶液C；第五步：将溶液C转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，在100摄氏度反应10小时得到反应混合产物D，待不锈钢高压反应釜自然冷却至室温后，先除去上层清液，随后将反应混合产物D转移至烧杯中；第六步：使用去离子水清洗反应产物D，使用pH计检测清洗后的上清废液，当上清废液的pH值达到7时，静置沉淀除去上清液后得到含水的固体产物E；第七步：将含水的固体产物E放入真空干燥箱中，60摄氏度干燥24小时，得到干燥的片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种片状纳米氧化铜/石墨烯复合材料的水热制备方法，其特征在于：第一步：用去离子水溶解一水乙酸铜，得到溶液A；第二步：使用hummers法将石墨制备成氧化石墨烯溶液；第三步：将氧化石墨烯溶液逐滴滴入到溶液A中，磁力搅拌8小时得到溶液B；第四步：将氢氧化钠溶于去离子水，将其逐滴加入到溶液B，之后再次磁力搅拌1小时获得溶液C；第五步：将溶液C转移至不锈钢高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，在100摄氏度反应10小时得到反应混合产物D，待不锈钢高压反应釜自然冷却至室温后，先除去上层清液，随后将反应混合产物D转移至烧杯中；第六步：使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒海波，胡陈力，黄杰，曹艳亭，史召邑，梁培，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33