一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种制备负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶的方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、水、异丙醇与金源混合，得到分散液；将所述分散液进行辐照，得到负载金纳米粒子的石墨烯水凝胶；将所述石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶。本发明专利技术的制备方法具有条件温和，易于操作，且环境友好的特点，因而在金属纳米粒子/石墨烯复合高效催化剂的工业合成领域具有潜在的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶及其制备方法
本专利技术涉及无机纳米复合材料合成
，尤其涉及一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是由单层sp2杂化碳原子组成的呈六角型蜂巢晶格的二维平面薄膜，具有极高的比表面积，优异的机械性能和良好的导电、导热性。近年来，石墨烯引起了国内外科研学者的广泛关注，在电子器件、生物材料、能量储存和催化等方向具有广阔的应用前景。贵金属(Au、Ag、Pt和Pd等)纳米粒子是活性非常高的贵金属催化剂，其在催化氧化还原反应和CO氧化方面同样具有广阔应用前景。目前，贵金属纳米粒子的制备方法主要有电化学还原法、辐射还原法、微乳液法以及声化学还原法等。其中化学还原法和微乳液法制备金属纳米粒子需要加入一些乳化剂或稳定剂，这些试剂的加入会影响金属纳米粒子表面的活性进而影响其性能。近年来，大量研究发现将金属纳米粒子与还原的氧化石墨烯(rGO)复合不仅可以稳定和分散金属纳米粒子，而且可以提高金属纳米粒子产生的电子的迁移能力，进而提升其催化氧化还原能力。石墨烯上负载金属纳米粒子的方法主要有化学法和高能射线还原法。其中，化学法是通过rGO本身具有的弱还原性将金属离子原位还原成金属纳米粒子且能稳定分散在rGO表面；而高能射线(紫外光和γ射线等)还原法则是利用高能射线照射水溶液所产生的还原性粒种同时还原氧化石墨烯和金属离子，一步获得负载金属纳米粒子的rGO薄片。但金属纳米粒子负载的rGO薄片通过π-π共轭作用容易层层叠加，使得比表面积显著降低，实际性能下降。近些年来，大量研究工作发现将石墨烯片层组装成三维宏观材料能有效解决石墨烯片层的团聚问题。石墨烯气凝胶是最具代表性的三维石墨烯材料，其具有高比表面积、良好的电子传导能力和机械稳定性，也可用作分散和稳定金属纳米粒子的载体。这种负载金属纳米粒子的石墨烯气凝胶不仅可以保持金属纳米粒子和石墨烯气凝胶本身的性能，而且通过两者的某些协同作用进一步提升金属纳米粒子的催化性能。负载金属纳米粒子的石墨烯气凝胶的制备方法主要有水热一步法，即在高温下，葡萄糖等还原剂将溶解在GO分散液中金属离子还原，得到的负载金属纳米粒子的石墨烯水凝胶，再通过冷冻干燥即可得到其气凝胶(X.Wang,etal.,Angew.Chem.Int.Ed.2010.49.4603.)；也可以将预先制备的金属纳米粒子与GO水溶液混合后，再经过水热处理和冻干，得到负载金属纳米粒子的石墨烯气凝胶(S.S.Xie,etal.,Adv,Mater.2014,26,3681-3687.)。由于水热法是在高温高压条件下进行，反应条件比较苛刻，因而有必要开发条件温和，绿色经济的负载金属纳米粒子的石墨烯气凝胶的制备方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶的制备方法，本申请的制备方法条件温和。有鉴于此，本申请提供了一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、水、异丙醇与金源混合，得到分散液；将所述分散液进行辐照，得到负载金纳米粒子的石墨烯水凝胶；将所述石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶。优选的，所述金源为HAuCl4。优选的，所述分散液的制备过程具体为：将氧化石墨烯分散于水与异丙醇的混合液中，再加入金源，然后调节pH至3以下。优选的，所述辐照的放射源为60Coγ放射源。优选的，所述分散液中氧化石墨烯的浓度为0.1～5mg/mL。优选的，所述辐照的剂量率为0.2～7kGy/h，吸收剂量大于20kGy。优选的，所述异丙醇与水的体积比为1:(8～10)。优选的，所述辐照之前还包括：在所述分散液中通入氮气。本申请还提供了上述方案所述的制备方法制备的负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶。优选的，所述石墨烯气凝胶的密度为3～10mg/cm3，金纳米粒子粒径为5～20nm。本专利技术提供了一种制备负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶的方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、水、异丙醇与金源混合，得到分散液；将所述分散液进行辐照，得到负载金纳米粒子的石墨烯水凝胶；将所述石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶。本申请的制备方法是利用高能射线在室温下辐照含有金纳米粒子前驱体的GO水-异丙醇分散液，一步得到了负载金纳米粒子的石墨烯水凝胶，然后经冷冻干燥除水即形成负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶。本专利技术的制备方法具有条件温和，易于操作，且环境友好的特点。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨烯水凝胶外观照片；图2为本专利技术实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨烯气凝胶的外观照片；图3为本专利技术实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨烯气凝胶的低倍SEM照片；图4为本专利技术实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨烯气凝胶的高倍SEM照片；图5为本专利技术实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨烯气凝胶的TEM图；图6为本专利技术实施例1制备的负载Au纳米粒子的石墨烯气凝胶的拉曼光谱图图7为本专利技术实施例2制备的负载Au纳米粒子的石墨烯气凝胶的外观照片；图8为本专利技术实施例2制备的负载Au纳米粒子的石墨烯气凝胶的低倍SEM照片；图9为本专利技术实施例2制备的负载Au纳米粒子的石墨烯气凝胶的高倍SEM照片；图10为本专利技术实施例3制备的负载Au纳米粒子的石墨烯气凝胶的外观照片。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、水、异丙醇与金源混合，得到分散液；将所述分散液进行辐照，得到负载金纳米粒子的石墨烯水凝胶；将所述石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶。本申请提供了一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶的制备方法，即采用高能射线在室温下辐照含有金纳米粒子前躯体的石墨烯水-异丙醇分散液，直接一步得到了负载金纳米粒子的石墨烯水凝胶，而后经冷冻干燥形成了石墨烯气凝胶，本专利技术提供的制备方法条件温和，易于操作，且环境友好的特点。按照本专利技术，本申请首先进行了原料的混合，即将氧化石墨烯、水、异丙醇与金源混合，得到氧化石墨烯的分散液。在此过程中，所述氧化石墨烯只有在异丙醇/水溶液中分散，才能得到氧化石墨烯水凝胶；在实验过程中，如果分别采用甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇和叔丁醇等替换异丙醇，则试验结果为：前四种醇/水体系中，只能得到颗粒状沉淀；后两种醇/水体系中则观察不到任何变化；而只有异丙醇/水体系中能够确定形成柱状的水凝胶，且重复性好。本申请中所述异丙醇与水的体积比优选为1：(8～10)，在实施例中，所述异丙醇与水的比例最优选为1:9.5。本申请所述金源优选为HAuCl4溶液。所述分散液中氧化石墨烯的浓度优选为0.1～5mg/mL。本申请所述氧化石墨烯的制备方法为本领域技术人员熟知的制备方法，此处不再进行详细说明。为了使分散液中的氧化石墨烯能够充分分散并组装成水凝胶，所述分散液的制备方法具体为：将氧化石墨烯分散于水与异丙醇的混合液中，再加入金源，然后调节pH至3以下。上述过程中，分散液的pH值主要影响氧化石墨烯的分散性，随着pH值的增大，氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、水、异丙醇与金源混合，得到分散液；将所述分散液进行辐照，得到负载金纳米粒子的石墨烯水凝胶；将所述石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯分散于水与异丙醇的混合液中，再加入金源，然后调节pH至3以下，得到分散液，所述异丙醇与水的体积比为1:(8～10)；将所述分散液进行辐照，得到负载金纳米粒子的石墨烯水凝胶，所述辐照的剂量率为0.2～7kGy/h，吸收剂量大于20kGy；将所述石墨烯水凝胶进行冷冻干燥，得到负载金纳米粒子的石墨烯气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金源为HAuCl4。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛学武，王维康，汪谟贞，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34