一种水热法制备石墨烯负载二氧化钛的方法技术

一种水热法制备石墨烯负载二氧化钛方法，步骤(1)、取氧化石墨烯超声分散得到分散液；步骤(2)、将分散液恒温水浴中，在磁力搅拌作用下，滴加TiCl3溶液，加入表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚；步骤(3)、将步骤(2)混合物倒入150ml的水热反应釜中，混合液上下分层明显，离心，洗涤干燥后得到黑色固体颗粒即为石墨烯/TiO2纳米复合材料；本发明专利技术在高温高压下，将平时不溶或者难溶于水的物质溶解于水中，通过控制由于反应釜中的温差产生对流，使得溶质由于过饱和而析出，从而得到石墨烯负载二氧化钛，是一种安全、快捷、高效的制备石墨烯负载二氧化钛的实验方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无机化学领域，特别涉及一种水热法制备石墨烯负载二氧化钛的方法。
技术介绍
石墨烯复合材料是一类具有优异理化性质的新型碳材料，其独特的性能显示出了其很好的科研价值和广阔的应用前景。目前石墨烯复合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物材料以及石墨烯表面负载无机纳米粒子及其催化、生物传感器、光谱学等领域的应用研究上,而石墨烯金属氧化物基复合材料的研究相对较少。现阶段，人们已经采用多种方法制得了不同结构的二元和三元石墨烯复合材料。但真正要将其得以实际应用，还是有一定的发展空间，诸如对石墨烯复合材料的结构可控制备是研究者们面临的一大难题；其次，研究者们虽然采用多种不同的法制得了结构新颖，性质优异的石墨烯复合材料，但大多数制备方法距离过程简单、可用于批量制备的工业化要求还有一段很大的差距，如石墨烯的制备，无机材料在聚合物的混合等问题都需要得以解决；最后，对石墨烯复合材料没有成熟的研究体系，潜在应用价值的研究还不够系统。水热与溶剂热合成是指在密闭体系中，以水或者其它有机溶剂做介质，在一定温度和压力下，原始混合物进行反应合成新化合物的方法。在高温高压下的水热条件下，物质在溶剂中的物理性质与化学性质均发生很大的变化。与其他合成方法相比，水热与溶剂热合成具有以下特点：①反应在密闭体系中进行，易于调节环境气氛，有利于特殊价态化合物和均匀掺杂化合物的合成；②在水热和溶剂热条件下，溶液粘度下降，扩散和传质过程加快，而反应温度大大低于高温反应，水热和溶剂热合成可以替代某些高温固相反应；③水热和溶剂热合成适于在常温常压下不溶于各种溶剂或溶剂易分解，熔融前后易分解的化合物的合成，也有利于合成低熔点、高蒸汽压的材料；④由于等温、等压和溶液条件特殊，在水热反应中，容易出现一些中间态、稳态和特殊物项。因此，水热和溶剂热特别适于合成特殊结构、特种凝聚态的新化合物以及制备有平衡缺陷浓度、规则取向和晶体完美的晶体材料。现阶段，合成制备二氧化钛/石墨烯复合材料的方法已经有很多种，比如紫外光辅助还原法，水热合成法，溶剂热法，自组装形式，微波辅助还原法等。
技术实现思路
为了克服上述技术上的不足之处，本专利技术的目的在于提供了一种两步制备石墨烯负载二氧化钛方法，采用两步法，使得正电荷金属离子与氧化石墨烯上的带负电的基团发生键合，让金属离子在氧化石墨烯表面形核；然后在高温水热过程中，氧化物颗粒在继续生长的同时还原氧化石墨烯为部分还原氧化石墨烯，该方法具有工艺条件简单、安全、节能的特点。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种水热法制备石墨烯负载二氧化钛方法，包括以下步骤：步骤(1)、取200mg/L～300mg/L氧化石墨烯100ml，超声分散60min；得到分散液。步骤(2)、将步骤(1)的分散液转移到45～80℃恒温水浴中，在磁力搅拌作用下，滴加质量浓度25％～35％的TiCl31～2ml溶液，加入0.5ml表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚，反应120min，待混合物冷却；步骤(3)、将步骤(2)得到的混合物倒入150ml的水热反应釜中，150℃～180℃烘箱中8～10h，自然冷却，混合液上下分层明显，离心，用蒸馏水和无水乙醇各洗涤2-3次，80℃～90℃烘箱中干燥后得到黑色固体颗粒，即为石墨烯/TiO2纳米复合材料。本专利技术的反应原理：一是超声后的氧化石墨烯和金属离子化合物在低温下要搅拌充足，这个过程使得正电荷金属离子与氧化石墨烯上的带负电的基团发生键合，尽可能的让金属离子在氧化石墨烯表面形核。二是在高温水热过程中，氧化物颗粒在继续生长的同时还原氧化石墨烯为部分还原氧化石墨烯。总结这两个重点有三个关键的作用效果：①充足的搅拌时间使正负电荷键合。②搅拌过程中低温预热，让金属离子在氧化石墨烯表面形核，低温形核过程会增加纳米粒子的形核数，使高温时不至于发生颗粒较大和团聚的效应。③高温水浴过程，尽可能较大程度的还原氧化石墨烯。本专利技术的有益效果：(1)使用价格低廉的碳材料制备石墨烯负载二氧化钛，制备材料对人体无毒、对环境无污染。(2)采用两步法制备石墨烯负载二氧化钛，工艺条件简单、安全、节能。(3)制备的石墨烯负载二氧化钛相比氧化石墨烯，参照图6中曲线关系可以看出热稳定性好、成本低。附图说明图1是实施例2氧化石墨烯与石墨烯负载二氧化钛的XRD图。图2是实施例2氧化石墨烯与石墨烯负载二氧化钛的红外光谱图。图3是实施例2氧化石墨烯的拉曼光谱图。图4是实施例2石墨烯负载二氧化钛的拉曼光谱图。图5是实施例2氧化石墨烯与石墨烯负载二氧化钛的紫外光谱图。图6是实施例2石墨烯与石墨烯负载二氧化钛的热重分析图。具体实施方式下面结合附图，通过具体实例对本专利技术的技术方案做进一步详细叙述。以下实例中均采用二次蒸馏水。实施例一本实施例一种水热法制备石墨烯负载二氧化钛方法，包括以下步骤：步骤(1)、取200mg/L氧化石墨烯100ml，超声分散60min；得到分散液。步骤(2)、将步骤(1)的分散液转移到45℃恒温水浴中，在磁力搅拌作用下，滴加质量浓度25％的TiCl31ml溶液，加入0.5ml表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚，反应120min，待混合物冷却；步骤(3)、将步骤(2)混合物倒入水热反应釜中，160℃烘箱中10h，自然冷却，混合液上下分层明显，离心，用蒸馏水和无水乙醇各洗涤3次，80℃烘箱中干燥后得到黑色固体颗粒，即为石墨烯/TiO2纳米复合材料。所述的氧化石墨烯制备方法如下：冰浴下将20ml98wt％的浓硫酸滴加到0.54gKNO3和0.60g石墨粉的混合物中，持续搅拌，1h内加入2.50gKMnO4，搅拌2h后将反应瓶移至室温，搅拌6天得黑色粘稠液体；搅拌条件下向该粘稠液体中加入60ml6wt％的H2SO4，搅拌2h，加入20g30％的H2O2，再继续搅拌2h，继续搅拌条件下，向其中混合物中加入60ml硫酸与过氧化氢的混合物，混合物中H2SO4浓度为5wt％，H2O2浓度为0.5wt％，静置沉降2天，弃去上层液，得到黑色的浆状物，用水洗至中性，超声剥离30min，得澄清的黄色溶液，干燥即得氧化石墨烯(GO)。实施例二本实施例一种水热法制备石墨烯负载二氧化钛方法，包括以下步骤：步骤(1)、取实施例一的方法制备的250mg/L氧化石墨烯100ml，超声分散60min，得到混合液；步骤(2)、将步骤(1)的混合液转移到60℃恒温水浴中，在磁力搅拌作用下，滴加质量浓度25％的TiCl31.5ml溶液，加入0.5ml表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚，反应120min，待混合物冷却；步骤(3)、将步骤(2)混合物倒入150ml的水热反应釜中，170℃烘箱中10h，自然冷却，混合液上下分层明显，离心，用蒸馏水和无水乙醇各洗涤2次，80℃烘箱中干燥后得到黑色固体颗粒，即为石墨烯/TiO2纳米复合材料。实施例三本实施例一种水热法制备石墨烯负载二氧化钛方法，包括以下步骤：步骤(1)、取实施例一的方法制备的300mg/L氧化石墨烯100ml，超声分散60min；得到分散液；步骤(2)、将步骤(1)的混合液转移到70℃恒温水浴中，在磁力搅拌作用下，滴加质量浓度25％的TiCl31.75ml溶液，加入0.5ml表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚，反应120min，待混合物冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水热法制备石墨烯负载二氧化钛方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)、取200mg/L～300mg/L氧化石墨烯100ml，超声分散60min；得到分散液。步骤(2)、将步骤(1)的分散液转移到45～80℃恒温水浴中，在磁力搅拌作用下，滴加质量浓度25％～35％的TiCl3 1～2ml溶液，加入0.5ml表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚，反应120min，待混合物冷却；步骤(3)、将步骤(2)得到的混合物倒入150ml的水热反应釜中，150℃～180℃烘箱中8～10h，自然冷却，混合液上下分层明显，离心，用蒸馏水和无水乙醇各洗涤2‑3次，80℃～90℃烘箱中干燥后得到黑色固体颗粒，即为石墨烯/TiO2纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种水热法制备石墨烯负载二氧化钛方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)、取200mg/L～300mg/L氧化石墨烯100ml，超声分散60min；得到分散液。步骤(2)、将步骤(1)的分散液转移到45～80℃恒温水浴中，在磁力搅拌作用下，滴加质量浓度25％～35％的TiCl31～2ml溶液，加入0.5ml表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚，反应120min，待混合物冷却；步骤(3)、将步骤(2)得到的混合物倒入150ml的水热反应釜中，150℃～180℃烘箱中8～10h，自然冷却，混合液上下分层明显，离心，用蒸馏水和无水乙醇各洗涤2-3次，80℃～90℃烘箱中干燥后得到黑色固体颗粒，即为石墨烯/...

【专利技术属性】
技术研发人员：林春玲，薛丹，周玲，常木兰，杨璇，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61