一种石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快速制备方法技术

本发明专利技术公开一种石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快速制备方法，包括将氧化石墨烯水溶液和还原剂超声混合制得混合液；向所述混合液Ⅰ中加入有机金属框架/金属氧化物纳米粒溶液，并超声混合制得混合液Ⅱ；将混合物Ⅱ烘干制得水凝胶，继续冷冻干燥制得气凝胶。本发明专利技术中的还原剂使得氧化石墨烯中含氧基团的去除，形成的气凝胶具有疏水、阻燃和导电的性能；由于有机金属框架如2‑甲基咪唑本身是多孔聚合物和疏水性以及粗糙结构，赋予气凝胶超疏和高比面积的性能；金属氧化物如四氧化三铁可赋予气凝胶磁性。

A rapid preparation method of graphene / nanoparticle aerogel

Rapid preparation method of the invention discloses a graphene aerogel / nano particles, including the aqueous solution of graphene oxidation and reduction agent mixed ultrasonic to prepare mixed liquid; adding to the mixed solution of organic nanoparticles of metal oxide / metal frame of liquid, and ultrasonic mixing mixture II; the mixture of dried hydrogel to frozen drying aerogels. The reducing agent in the invention makes the removal of oxygen containing groups of graphene oxide in the formation of aerogels with hydrophobic, flame retardant and conductive properties; the metal organic frameworks such as 2 2-methylimidazole itself is a porous polymer and hydrophobic and rough structure, performance given aerogel super hydrophobic and high specific area; metal oxides such as can give the aerogel magnetic fe3o4.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快速制备方法
本专利技术属于纳米材料领域，更具体涉及一种快速大量制备石墨烯/纳米粒气凝胶的方法。
技术介绍
石墨烯自2004年被A.K.Geim教授课题组成功制备后，又逐渐发现其优异的光电性能、机型性能、热血性能，迅速成为研究热点。石墨烯气凝胶作为石墨烯的宏观组装材料，具有超轻、高弹性、高比面积、疏水，阻燃等一系列性质，得到了很大的关注。现有的制备石墨烯气凝胶一般有水热法，模板导向法，添加物交联法。这些方法制成的一般需要多个步骤，耗时长，或者功能单一。简洁有效的制作性能优异的石墨烯气凝胶越来越受重视。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快速大量制备石墨烯/纳米粒气凝胶的方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快速制备方法，包括将氧化石墨烯水溶液和还原剂混合制得混合液；向所述混合液Ⅰ中加入有机金属框架纳米粒溶液或金属氧化物纳米粒溶液，并超声混合制得混合液Ⅱ；将混合物Ⅱ烘干制得水凝胶，继续冷冻干燥制得气凝胶。在一些实施方式中，所述混合为超声混合。在一些实施方式中，所述还原剂为水合肼或维生素C。在一些实施方式中，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为1-4mg/mL。在一些实施方式中，所述氧化石墨烯与所述还原剂的比例为1mg：1-3uL。在一些实施方式中，所述氧化石墨烯与所述金属氧化物纳米粒颗粒的质量比为1:0.5-4。在一些实施方式中，所述混合物Ⅱ置于烘箱中烘干，温度为80℃-100℃，时间为0.5h-6h。在一些实施方式中，所述有机金属框架含有金属离子，所述金属氧化物纳米粒含有金属离子。其有益效果为：本专利技术中的还原剂可去除氧化石墨烯中的含氧基团提高π-π键的堆积，进而提高有机金属框架和石墨烯的进行自行组装的能力，本专利技术中的金属颗粒使石墨烯片快速自组装并赋予其功能性。本专利技术的制备方法由于还原剂和金属离子的共同作用，在95°下只需要1h就行形成水凝胶，水凝胶的形成较为快速，安全可控，耗能耗时少。本专利技术中的还原剂使得氧化石墨烯中含氧基团的去除，形成的气凝胶具有疏水、阻燃和导电的性能；由于有机金属框架如2-甲基咪唑本身是多孔聚合物和疏水性以及粗糙结构，赋予气凝胶超疏和高比面积的性能；金属氧化物如四氧化三铁可赋予气凝胶磁性。附图说明图1是氧化石墨烯/2-甲基咪唑锌盐的扫描电镜图；图1a是氧化石墨烯和氧化石墨烯气凝胶/2-甲基咪唑锌盐的红外光谱；图1b是氧化石墨烯和氧化石墨烯气凝胶/2-甲基咪唑锌盐的拉曼光谱；图1c是氧化石墨烯气凝胶/2-甲基咪唑锌盐的X射线衍射图谱；图2是氧化石墨烯/四氧化三铁的扫描电镜图；图2a是氧化石墨烯和氧化石墨烯气凝胶/四氧化三铁的红外光谱；图2b是氧化石墨烯和氧化石墨烯气凝胶/四氧化三铁的拉曼光谱；图2c是氧化石墨烯气凝胶/四氧化三铁的X射线衍射图谱；图3是氧化石墨烯气凝胶/ZnO的电镜图；图4是氧化石墨烯气凝胶/Mil-88(Fe)的电镜图；图5是氧化石墨烯气凝胶/CuO的电镜图。具体实施方式实施例1将12mL含1mg/mL氧化石墨烯水溶液与1uL的还原剂水合肼超声混合后装入小瓶，再向小瓶中加入600uL浓度为20mg/mL的2-甲基咪唑锌盐纳米颗粒溶液超声混合，将小瓶密闭置于90℃的烘箱中1h，制得水凝胶，取出水凝胶冷冻干燥制得气凝胶。如图1所示，具有立方晶型的2-甲基咪唑锌盐(ZIF-8)均匀的分布在石墨烯片层上。如图1a、1b和1c所示，氧化石墨烯的C＝O被还原，制成的新形混合物气凝胶多出了ZIF-8的特征峰。实施例2将10mL含1.5mg/mL氧化石墨烯水溶液与1uL的还原剂水合肼超声混合后装入小瓶，再向小瓶中加入700uL浓度为30mg/mL的四氧化三铁纳米颗粒溶液超声混合，将小瓶密闭置于90℃的烘箱中1h，制得水凝胶，取出水凝胶冷冻干燥制得气凝胶。如图2所示，小颗粒的四氧化三铁均匀的分布在石墨烯片层上。如图2a、2b和2c所示，氧化石墨烯的C＝O被还原,制成的新形混合物气凝胶多出了四氧化三铁的特征峰。实施例3将15mL含2mg/mL氧化石墨烯水溶液与1.5uL的还原剂水合肼超声混合后装入小瓶，再向小瓶中加入800uL浓度为40mg/mL的氧化锌纳米颗粒溶液超声混合，将小瓶密闭置于95℃的烘箱中1h，制得水凝胶，取出水凝胶冷冻干燥制得气凝胶。制得的气凝胶的电镜图如图3所示，形成了具有大孔结构的气凝胶，氧化锌颗粒均匀分布在石墨烯片层上。实施例4将13mL含2mg/mL氧化石墨烯水溶液与10mg的还原剂维生素C超声混合后装入小瓶，再向小瓶中加入600uL浓度为40mg/mL的Mil-88(Fe)纳米颗粒溶液超声混合，将小瓶密闭置于95℃的烘箱中1h，制得水凝胶，取出水凝胶冷冻干燥制得气凝胶。制得的气凝胶的电镜图如图4所示，形成了具有大孔结构的气凝胶，Mil-88(Fe)颗粒均匀分布在石墨烯片层上。实施例5将12mL含1mg/mL氧化石墨烯水溶液与1.5mg的还原剂维生素C超声混合后装入小瓶，再向小瓶中加入1mL浓度为20mg/mL的氧化铜纳米颗粒溶液超声混合，将小瓶密闭置于95℃的烘箱中2h，制得水凝胶，取出水凝胶冷冻干燥制得气凝胶。制得的气凝胶的电镜图如图5所示，形成了具有大孔结构的气凝胶，氧化铜颗粒均匀分布在石墨烯片层上。实施例6将10mL含1mg/mL氧化石墨烯水溶液与1.5mg的还原剂维生素C超声混合后装入小瓶，再向小瓶中加入700uL浓度为15mg/mL的MOF-5纳米颗粒溶液超声混合，将小瓶密闭置于95℃的烘箱中1.5h，制得水凝胶，取出水凝胶冷冻干燥制得气凝胶。制得的气凝胶为具有大孔结构的气凝胶，MOF-5颗粒均匀分布在石墨烯片层上。实施例7将14mL含1mg/mL氧化石墨烯水溶液与10mg的还原剂维生素C超声混合后装入小瓶，再向小瓶中加入650uL浓度为20mg/mL的MOF-199纳米颗粒溶液超声混合，将小瓶密闭置于95℃的烘箱中1.5h，制得水凝胶，取出水凝胶冷冻干燥制得气凝胶。制得的气凝胶为具有大孔结构的气凝胶，MOF-199颗粒均匀分布在石墨烯片层上。实施例8将12mL含1mg/mL氧化石墨烯水溶液与10mg的还原剂维生素C超声混合后装入小瓶，再向小瓶中加入800uL浓度为25mg/mL的TiO2纳米颗粒溶液超声混合，将小瓶密闭置于95℃的烘箱中1.5h，制得水凝胶，取出水凝胶冷冻干燥制得气凝胶。制得的气凝胶为具有大孔结构的气凝胶，二氧化钛颗粒均匀分布在石墨烯片层上。以上所述的仅是本专利技术的一些实施方式。对于本领域普通技术人员来讲，在不脱离本专利技术创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快速制备方法，其特征在于，包括将氧化石墨烯水溶液和还原剂混合制得混合液；向所述混合液Ⅰ中加入有机金属框架纳米粒溶液或金属氧化物纳米粒溶液，并超声混合制得混合液Ⅱ；将混合物Ⅱ烘干制得水凝胶，继续冷冻干燥制得气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快速制备方法，其特征在于，包括将氧化石墨烯水溶液和还原剂混合制得混合液；向所述混合液Ⅰ中加入有机金属框架纳米粒溶液或金属氧化物纳米粒溶液，并超声混合制得混合液Ⅱ；将混合物Ⅱ烘干制得水凝胶，继续冷冻干燥制得气凝胶。2.根据权利要求1所述的石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快读制备方法，其特征在于，所述混合为超声混合。3.根据权利要求1所述的石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快速制备方法，其特征在于，所述还原剂为水合肼或维生素C。4.根据权利要求1所述的石墨烯/纳米颗粒气凝胶快速制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为1-4mg/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑莹，毛佳俊，孟凯，张克勤，赖跃坤，
申请(专利权)人：南通纺织丝绸产业技术研究院，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32