一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法技术

一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法，属于石墨烯应用技术领域；方法为：1)将EDTA·2Na粉末加入至CuSO4溶液中，在磁力搅拌条件下，充分混合，制得混合溶液A；2)将石墨烯粉体加入至混合溶液A中，制得混合溶液B后超声分散；3)将还原剂加入到混合溶液B中，制得混合溶液C；用NaOH调节混合溶液C体系，得到红黑色镀铜纳米粒子石墨烯复合材料沉淀；4)将红黑色镀铜纳米粒子石墨烯复合材料沉淀，过滤，清洗，固体产物在真空条件下烘干制得镀铜纳米粒子石墨烯复合材料。本发明专利技术方法制备的复合材料杂质含量低；在石墨烯表面吸附的铜纳米颗粒粒径小，分布均匀，和石墨烯的结合强度高，提高复合材料的电学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法
本专利技术涉及石墨烯应用
，特别是涉及一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法。
技术介绍
自2004年被发现以来，石墨烯以其独特的晶体结构和优异的物理特性引起了研究者们的广泛关注。石墨烯是由单层碳原子紧密堆积形成的碳质新材料，是目前世界上最薄的二维材料，厚度只有0.335nm。石墨烯的这种特殊晶体结构使其具有优异的力学、热学和电学性能。另外，石墨烯还有超大的比表面积(2630m2/g)，是目前在常温下导电性能最好的材料。石墨烯这些特殊性能使其在电子信息、能源新材料以及军事工业等领域显示出广阔的应用前景。然而，由于石墨烯的厚度在纳米尺度，未经表面处理的石墨烯粉体通常会发生相互团聚以降低表面能。而在实际应用中，团聚在一起的石墨烯无法在宏观尺度下形成有效的导电网络或无法相互叠加构成致密的薄膜结构，而宏观尺度下形成的导电网络或致密的薄膜结构是石墨烯宏观应用的两种主要形式。金属纳米粒子由于其特殊的属性，在光学、磁学、热学、电子学、光电子学、催化、信息存储、生物标定、传感等方面具有重要的应用前景。近年来，将不同功能的金属纳米粒子通过适当的方法组装，已获得一些具有独特的电学、光学、磁学、力学性能的多功能复合材料。石墨烯具有的独特的二维褶皱结构和较大比表面积使其成为金属纳米粒子的最佳载体。石墨烯负载金属纳米粒子制备复合材料，不仅可以增大金属纳米粒子的表面积，增强金属纳米粒子的活性，减少金属纳米粒子在应用中的损耗，而且可以产生全新的作用。此外，由于片层间范德华力的作用，石墨烯有不可逆团聚的趋势，而存在于石墨烯层间的金属纳米粒子正好起到分离邻近石墨烯片层，防止发生团聚的作用。尽管目前对于石墨烯负载金属纳米粒子复合材料的制备方法已有一些报道，但这些报道中石墨烯负载的金属纳米粒子主要包括Au、Pt、Ag、Pd等贵金属纳米粒子。而铜作为一种重要的金属元素，分布量大，价格低廉，而且铜纳米材料可作为高性能块体材料的原料。通过液相化学还原法，在碱性条件下，从原子水平上在石墨烯表面组装铜纳米粒子，以实现对粒径和形貌的控制，从而使所得石墨烯复合材料具有优异的电传导和热传导性能。该制备方法具有工艺简单，便捷，高效的特点。石墨烯负载铜纳米粒子复合材料在纳米电子学、机械、印刷电路等领域必将发挥巨大作用。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术提供一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法。该方法以石墨烯粉体作为载体，以五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)为前驱体，以乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA·2Na)作为络合剂，以甲醛(CH2O)、硼氢化钠(NaBH4)、二甲基胺硼烷(DMAB)为还原剂，以氢氧化钠(NaOH)作为pH调节剂，以去离子水作为溶剂，用化学还原法在石墨烯表面镀铜纳米粒子获得复合材料。本专利技术一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1：(1)按摩尔比，EDTA·2Na：CuSO4·5H2O＝(0.6～0.95)：1，将EDTA·2Na粉末加入至CuSO4水溶液中，其中CuSO4溶液的摩尔浓度为0.08～0.12mol/L；(2)在磁力搅拌条件下，使EDTA·2Na与CuSO4溶液充分混合，制得混合溶液A；步骤2：(1)按质量比，石墨烯粉体：混合溶液A中的Cu元素＝1：(1～16)，将石墨烯粉体加入至混合溶液A中，制得混合溶液B；(2)将混合溶液B超声分散，分散时间为30～60min；步骤3：(1)按摩尔浓度比，还原剂：CuSO4＝(10～20)：1，将还原剂加入到混合溶液B中，制得混合溶液C；(2)在室温条件下，用NaOH调节混合溶液C体系，使混合溶液C的颜色从蓝黑色变为红黑色，静置，得到红黑色镀铜纳米粒子石墨烯复合材料沉淀；步骤4：(1)将红黑色镀铜纳米粒子石墨烯复合材料沉淀，过滤，清洗；(2)将固体产物在真空条件下，于50℃～70℃下，烘干制得镀铜纳米粒子石墨烯复合材料。所述步骤1(1)中，将CuSO4·5H2O溶解于去离子水中，制成摩尔浓度为0.08～0.12mol/L的溶液。所述步骤1(2)中，磁力搅拌时间为10～15min。所述步骤2(1)中，石墨烯粉体由插层剥离法制得。所述步骤2(2)中，超声分散使用超声波清洗器。所述步骤3(2)中，添加还原剂时，当pH值达到8.0～9.0和12.5～13.5范围内，产生大量气泡，用乙醇作为消泡剂。所述步骤3(2)中，静置时间为5～24h。所述步骤3(2)中，用NaOH调节混合溶液C体系时，混合溶液C的颜色迅速的从蓝黑色迅速变为红黑色。所述步骤3(2)中，以甲醛作为还原剂时，用NaOH粉末调节混合液的pH值至12.5～13.5，以硼氢化钠(NaBH4)、二甲基胺硼烷(DMAB)为还原剂时，使用1mol/LNaOH水溶液调节混合液的pH值至8.0～9.0。所述步骤4(1)中，固体产物清洗采用水和乙醇。所述步骤4(1)中，采用真空烘箱进行真空烘干，真空烘箱内保持真空度≤100Pa。所述步骤4(2)中，烘干时间为5～7h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)直接在石墨烯层上镀铜纳米粒子，制备的复合材料杂质含量低，应用范围广；(2)在石墨烯表面吸附的铜纳米颗粒粒径小，分布均匀，和石墨烯的结合强度高；(3)铜纳米粒子紧密的吸附在石墨烯层上，可以起到分离邻近石墨烯片层，防止发生团聚的作用，并且石墨烯可以作为导电桥梁将铜纳米粒子连接在一起形成导电通路，提高复合材料的电学性能。附图说明图1是本专利技术实施例2中以甲醛为还原剂制备的镀铜纳米粒子石墨烯复合材料表面的扫描电子显微镜形貌；图2是本专利技术实施例4中以硼氢化钠为还原剂制备的镀铜纳米粒子石墨烯复合材料表面的扫描电子显微镜形貌；图3是本专利技术实施例9中以DMAB为还原剂制备的镀铜纳米粒子石墨烯复合材料表面的扫描电子显微镜形貌；图4是本专利技术实施例9中以DMAB为还原剂制备的镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的XRD图。具体实施方式以下实施例中石墨烯粉体由插层剥离法制得。实施例1一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1：(1)按摩尔比，EDTA·2Na：CuSO4·5H2O＝0.82：1，将7.3gEDTA·2Na粉末加入至CuSO4水溶液中。其中CuSO4溶液的摩尔浓度为0.12mol/L，将6gCuSO4·5H2O溶解于200ml去离子水中，制成摩尔浓度为0.12mol/L的CuSO4溶液。(2)在磁力搅拌条件下，使EDTA·2Na溶液与CuSO4溶液充分混合，制得混合溶液A，磁力搅拌时间为10min。步骤2：(1)按质量比，石墨烯粉体：混合溶液A中的Cu元素＝1：1，将1.536g石墨烯粉体加入至混合溶液A中，制得混合溶液B。(2)将混合溶液B使用超声波清洗器超声分散，分散时间为30min。步骤3：(1)按摩尔浓度比，还原剂：CuSO4＝20：1，将还原剂13.33mL37％甲醛加入到混合溶液B中，制得混合溶液C。(2)在室温条件下，用NaOH粉末调节混合溶液C体系至pH＝13.0。反应剧烈并伴有大量气泡产生，一边搅拌一边在烧杯内壁喷洒乙醇，消去大量的气泡。使混合溶液C的颜色从蓝黑色变为红黑色，静置12h，得到红黑色镀铜纳米粒子石墨烯复合材料沉淀。步骤4：将红黑色镀铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：(1)按摩尔比，EDTA·2Na：CuSO4·5H2O＝(0.6～0.95)：1，将EDTA·2Na粉末加入至CuSO4水溶液中，其中CuSO4溶液的摩尔浓度为0.08～0.12mol/L；(2)在磁力搅拌条件下，使EDTA·2Na与CuSO4溶液充分混合，制得混合溶液A；步骤2：(1)按质量比，石墨烯粉体：混合溶液A中的Cu元素＝1：(1～16)，将石墨烯粉体加入至混合溶液A中，制得混合溶液B；(2)将混合溶液B超声分散，分散时间为30～60min；步骤3：(1)按摩尔浓度比，还原剂：CuSO4＝(10～20)：1，将还原剂加入到混合溶液B中，制得混合溶液C；(2)在室温条件下，用NaOH调节混合溶液C体系，使混合溶液C的颜色从蓝黑色变为红黑色，静置，得到红黑色镀铜纳米粒子石墨烯复合材料沉淀；步骤4：(1)将红黑色镀铜纳米粒子石墨烯复合材料沉淀，过滤，清洗；(2)将固体产物在真空条件下，于50℃～70℃下，烘干制得镀铜纳米粒子石墨烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：(1)按摩尔比，EDTA·2Na：CuSO4·5H2O＝(0.6～0.95)：1，将EDTA·2Na粉末加入至CuSO4水溶液中，其中CuSO4溶液的摩尔浓度为0.08～0.12mol/L；(2)在磁力搅拌条件下，使EDTA·2Na与CuSO4溶液充分混合，制得混合溶液A；步骤2：(1)按质量比，石墨烯粉体：混合溶液A中的Cu元素＝1：(1～16)，将石墨烯粉体加入至混合溶液A中，制得混合溶液B；(2)将混合溶液B超声分散，分散时间为30～60min；步骤3：(1)按摩尔浓度比，还原剂：CuSO4＝(10～20)：1，将还原剂加入到混合溶液B中，制得混合溶液C；(2)在室温条件下，用NaOH调节混合溶液C体系，使混合溶液C的颜色从蓝黑色变为红黑色，静置，得到红黑色镀铜纳米粒子石墨烯复合材料沉淀；步骤4：(1)将红黑色镀铜纳米粒子石墨烯复合材料沉淀，过滤，清洗；(2)将固体产物在真空条件下，于50℃～70℃下，烘干制得镀铜纳米粒子石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤1(1)中，CuSO4·5H2O溶解于去离子水中，制成摩尔浓度为0.08～0.12mol/L的溶液。3.根据权利要求1所述的一种镀铜纳米粒子石墨烯复合材料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：马颖，安博星，戢鸿泽，刘璐，李墨文，任品桥，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21