本发明专利技术公开了具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒及其制备工艺和应用，所述复合纳米颗粒包括石墨烯和二氧化钛，所述石墨烯桥接在所述二氧化钛之间，所述石墨烯占复合纳米材料的质量分数为0.2％～20％；制备工艺为：制备带正电荷的二氧化钛微球；制备石墨烯分散液；取带正电荷的二氧化钛微球加入到无水乙醇中，在搅拌状态下，加入石墨烯分散液；搅拌后离心，得沉淀物溶于乙醇水溶液中，进行水热反应；最后置于Ar环境中煅烧。本发明专利技术通过水热法实现具有桥接结构的石墨烯修饰的TiO2的纳米颗粒，获得的具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒化学性质稳定、对NH3气敏特性良好、复合物的电导率高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构新材料。是由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。由于石墨烯的尺寸很小，故比表面积大，对气体的吸附能力强。同时研究表明，石墨烯自身具有高导电性、高强度、超轻薄等特性，可广泛应用于移动设备、航空航天、新能源电池领域。二氧化钛(T12)具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米二氧化钛还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迀移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业等众多领域。在复合材料领域，石墨烯由于极大的比表面积，不但有利于第二种材料以石墨烯的表面作为基底进行生长；而且便于第二种材料的均匀分散，以获得高比表面积的复合材料，比如以石墨烯为基底生长碳纳米管的石墨烯/碳纳米管纳米复合材料，以石墨烯为基底生长金属氧化物颗粒的石墨烯/金属氧化物复合材料等。这些以石墨烯为基底的复合材料，已经在能源，传感器，催化剂等领域显示出了其强大的应用前景，成为了当前研究的一大热点。由于石墨烯优良的性能，使得石墨烯修饰的T12复合纳米材料导电性和气敏特性都得到了增强，因此T12/石墨烯复合纳米材料的制备和性能研究一直是热点之一。但在相关研究文献中可知，本领域技术人员通常采用的制备方法有水/溶剂热法、液相控制沉淀法、溶胶-凝胶法、微波辅助法等来制备石墨烯与T12复合物，但这些方法生成的微观结构并不具有独特的桥接结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于弥补现有石墨烯与二氧化钛复合微观结构的空白，提供一种具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒，属于一种新型微观结构的复合材料，其气敏特性强，电导率高。—种具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒，技术方案为:所述复合纳米颗粒包括石墨稀和二氧化钛，石墨稀桥接在所述二氧化钛之间。本专利技术所述桥接结构是指石墨烯连接在所述二氧化钛之间。作为优选的技术方案，所述石墨烯占复合纳米材料的质量分数为0.2%?20%。作为优选的技术方案，所述二氧化钛呈球状，所述二氧化钛的粒径为Ιμπι?5 μ m0进一步优选地，所述二氧化钛为单分散微球。本专利技术所述二氧化钛微球的制备不限于特定的方法，可采用现有技术的模板法、溶月父_凝胶法、水热法、气相法、水解法等等。作为优选的技术方案，所述氧化石墨烯优选为片状单层。本专利技术还提供具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒的制备工艺，包括以下步骤:步骤一，制备带正电荷的二氧化钛微球:对二氧化钛微球的表面进行修饰，使得微球表面带正电荷；步骤二，制备石墨烯分散液:将一质量份的氧化石墨烯分散到6-8质量份的水中，超声处理，调节pH值至3.5?4.5 ;步骤三，取步骤一所得的带正电荷的二氧化钛微球0.04g-0.40g加入到5ml-80ml无水乙醇中，调节pH至6.5?7.5，在搅拌状态下，加入步骤二所得的石墨烯分散液49mg_65mg，调节pH至5.5?6.5 ;搅拌后离心，得沉淀物溶于10ml-30ml的60-75%的乙醇水溶液中，进行水热反应，反应温度175?185°C，反应时间15?17h。；步骤四，将步骤三所得溶液置于Ar环境中煅烧，煅烧温度395-405°C，煅烧时间为I ?3h0本专利技术通过在水热法实现石墨烯连接T12的纳米颗粒，水热处理的作用有两个:第一，生成石墨烯作为桥梁连接T12纳米颗粒的微观结构；第二，将氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯，水热时间长，可以获得较高的还原度；第三，在Ar环境中煅烧，可以除去其他有机物，并且保证C原子不被氧气氧化；第四，获得的具有桥接结构的石墨烯修饰的1102复合纳米颗粒化学性质稳定、对册13气敏特性良好、复合物的电导率高。作为优选的技术方案，所述步骤一中，制备带正电荷的二氧化钛微球采用以下处理方式:将0.3g-0.5g 二氧化钛微球颗粒溶于180ml-240ml无水乙醇中，超声处理；加入2ml-3ml氨丙基三甲氧基硅烷，冷凝回流。作为优选的技术方案，所述冷凝回流时间为3?5h。作为优选的技术方案，所述步骤二，超声功率为240?260W，超声时间为25?35min0作为优选的技术方案，所述步骤二，氧化石墨烯经剪切预处理。对大块的氧化石墨烯用剪刀剪切成碎片(最优选小于Ixlmm2的碎片)，能够使石墨烯在溶液中足够小。作为优选的技术方案，所述步骤三，离心的转速为2500r-3000r，离心时间为5min_10mino本专利技术还提供所述具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒在气敏材料、光催化材料或电池材料中的应用，其中电池材料优选为锂电池。本专利技术具有以下技术效果:1、本专利技术采用溶胶-凝胶法、沉淀法获得二氧化钛纳米颗粒，能够制备形貌可控的纳米微球，同时它还具有设备投资小、工艺流程简单的优点。2、本专利技术溶胶-凝胶法、沉淀法获得二氧化钛颗粒先驱物，通过水热法实现具有桥接结构的石墨烯修饰的T12的纳米颗粒，获得的具有桥接结构的石墨烯与二氧化钛复合纳米颗粒化学性质稳定、对册13气敏特性良好、复合物的电导率高。3、本专利技术氧化石墨烯的还原，与实现石墨烯修饰的二氧化钛复合同时完成，制备步骤少且工艺更简单。4、本专利技术获得的具有桥接结构的石墨烯与二氧化钛复合纳米颗粒，二氧化钛颗粒分布均匀。【附图说明】本专利技术附图3幅；图1本专利技术石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒X射线衍射图；图2本专利技术石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒拉曼图谱；图3本专利技术石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒电子透射微观形貌图。【具体实施方式】下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例氧化石墨烯购自南京先丰纳米材料科技有限公司，XF002-1，片径0.5—5um厚度0.5—1.2纳米。实施例1—种具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒，包括石墨烯和二氧化钛，石墨稀连接在二氧化钛微球颗粒之间，石墨稀占复合纳米颗粒的质量分数为4.7%，制备方法包括以下步骤:步骤一，制备二氧化钛微球颗粒:将5.3g的十六烧基胺(hexadecylamine)溶解到800ml无水乙醇(ethanol)中，然后加入3.2ml KCl (0.1moI/L)溶液，在水浴搅拌器中常温搅拌，加入17.6ml钛酸异丙酯(titanium(IV) isopropoxide)，常温搅拌5min。得到的白色二氧化钛悬浊液在常温下静置18h，然后用过滤器收集二氧化钛微球颗粒，并用无水乙醇清洗二氧化钛微球颗粒三次；为了控制微球颗粒的形成，需要严格控制温度的范围，温度范围在15°C -20 °C最佳，高温不利于球形结构的形成。步骤二，二氧化钛微球颗粒表面正电荷处理:将0.4g步骤一制备的二氧化钛微球颗粒溶于200ml无水乙醇中，超声30min。加入2ml的氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)，冷凝回流4h。然后用无水乙醇清洗所得的二氧化钛，以完全除去残留的APTMS，用过滤装置收集所制备的二氧化钛微球颗粒； 步骤三，制备石墨烯分散液:将Smg的氧化石墨烯分散到50ml去离子水中，经过超声机超本文档来自技高网...
【技术保护点】
具有桥接结构的石墨烯修饰的二氧化钛复合纳米颗粒，所述复合纳米颗粒包括石墨烯和二氧化钛，其特征在于，所述石墨烯桥接在所述二氧化钛之间。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓干，赵阳阳，王雪燕，王兢，唐祯安，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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