高吸光性能的放射状石墨烯团簇、其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种高吸光性能的放射状石墨烯团簇、其制备方法与应用。所述高吸光性能的放射状石墨烯团簇包含由石墨烯通过π‑π堆垛形成的三维放射状团簇结构，其径向尺寸为500nm～100um，吸光率大于90％。所述制备方法包括：提供石墨烯水性分散液；将油性有机溶剂和还原剂均匀混合形成混合液，将所述石墨烯水性分散液加入所述混合液中，并进行瞬间加热，获得高吸光性能的放射状石墨烯团簇。本发明专利技术提供的放射状石墨烯团簇的吸光率可达90％以上，制备方法简单，可以批次制备，且可规模化制备，在一定范围内尺寸可控，对光电器件制备、光热转化和光电催化等应用领域具有重要意义。

Radiated graphene clusters with high absorbance properties, their preparation methods and Applications

The invention discloses a radiated graphene cluster with high absorbance, and its preparation method and application. The radial graphene cluster with high absorbability contains a three-dimensional radial cluster structure formed by the stacking of graphene through pi______. The radial dimension of the radial graphene cluster is 500 nm to 100 um, and The preparation method includes providing graphene aqueous dispersion solution, evenly mixing oily organic solvents and reducing agents to form a mixed solution, adding the graphene aqueous dispersion solution into the mixed solution, and instantaneously heating to obtain a high light absorption radial graphene cluster. The radial graphene cluster provided by the invention has an absorbance of more than 90%, a simple preparation method, a batch preparation method, a large-scale preparation, a size controllable within a certain range, and is of great significance to the preparation of optoelectronic devices, photothermal conversion and photocatalysis and other application fields.

【技术实现步骤摘要】
高吸光性能的放射状石墨烯团簇、其制备方法与应用
本专利技术涉及一种石墨烯团簇材料，尤其涉及一种高吸光性能的放射形状的石墨烯团簇、其制备方法与应用，属于光功能纳米材料

技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种只有一层原子厚度的，由碳六元环组成的二维(2D)周期蜂窝状点阵结构。石墨烯因其高的载流子迁移率、机械柔韧性以及狄拉克(Dirac)电子使其具有可见光涵盖至红外光波段宽光吸收频谱。这几大特性使石墨烯广泛应用于光电和光热转换领域的研究。但是石墨烯具有较低的光吸收率，在可见光和近红外范围内光吸收率仅有2.3％左右，这也阻碍了其在光电和光热转化系统中的应用，例如，限制了光电器件的灵敏度和光热器件的效率。因此为了提高石墨烯的吸光性能，应该主要从石墨烯的宏观组装结构方面调控对光的捕获和增陷效应，从而增加光的吸收率。伊利诺伊大学机械科学与工程学院助理教授SungWooNam研究发现，将二维材料制成三维褶皱结构，不断起伏的三维表面具有较高的吸光性，这种褶皱结构获得的吸光性能提高了约400％。萨里大学先进技术研究所采用纳米纹理技术，在具有纹路的金属表面生长石墨烯并制成薄膜。相较于传统的石墨烯，通过纳米图案纹理技术制成的石墨烯条纹结构，可将光定位于纹理化表面之间的狭小间隔内，这种石墨烯薄膜可吸收90％的光。鉴于传统石墨烯的结构，迫切需要设计并提出一种结构新颖、吸光率高的石墨烯材料及相应制备方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种高吸光性能的放射状石墨烯团簇及其制备方法，以克服现有技术中的不足。本专利技术的另一目的在于提供上述高吸光性能的放射状石墨烯团簇的应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种高吸光性能的放射状石墨烯团簇的制备方法，其包括：(1)提供石墨烯水性分散液；(2)将油性有机溶剂和还原剂均匀混合形成混合液，将所述石墨烯水性分散液加入所述混合液中，并进行瞬间加热，获得高吸光性能的放射状石墨烯团簇。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的高吸光性能的放射状石墨烯团簇，其包含由石墨烯通过π-π堆垛形成的三维放射状团簇结构，所述放射状石墨烯团簇的径向尺寸为500nm～100μm，吸光率大于90％。优选的，所述放射状石墨烯团簇具有红毛丹状放射状结构。本专利技术实施例还提供了前述高吸光性能的放射状石墨烯团簇于光电器件制备、光热转化或光电催化领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：(1)本专利技术提供的高吸光性能的放射状石墨烯团簇，与传统片状石墨烯相比，三维放射状的石墨烯具有高的陷光效应，接触光子和捕获光子的能力增强，大幅度的提高了光的吸收率，可以达到90％以上，对光电器件制备、光热转化和光电催化等应用领域具有重要意义；(2)本专利技术提供的高吸光性能的放射状石墨烯团簇与其他物质结合(π-π堆垛或接枝)时，为其反应提供了较多的位点，提高了整个系统的光转换效率；(3)本专利技术提供的高吸光性能的放射状石墨烯团簇的制备方法简单，通过组装石墨烯来调控其宏观体放射状结构，增加捕获和吸收光子的能力，减少光反射，从而增加石墨烯的吸光率，可以批次制备，且可规模化制备，在一定范围内尺寸可控。附图说明图1是本专利技术一优选实施例制备的放射状石墨烯团簇的结构示意图；图2是本专利技术一优选实施例制备的放射状石墨烯团簇的SEM图；图3是本专利技术一优选实施例制备的放射状石墨烯团簇的吸光度图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是利用调控石墨烯的形貌和结构的思想，采用二维片状石墨烯的水/油乳浊液和瞬间加热的方式制备放射状石墨烯团簇。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供了一种高吸光性能的放射状石墨烯团簇的制备方法，其包括：(1)提供石墨烯水性分散液；(2)将油性有机溶剂和还原剂均匀混合形成混合液，将所述石墨烯水性分散液加入所述混合液中，并进行瞬间加热，获得高吸光性能的放射状石墨烯团簇。在一些典型实施案例之中，所述油性有机溶剂与石墨烯水性分散液的体积比为99.9:0.1～50:50。优选的，所述还原剂与石墨烯水性分散液的质量体积比为0.5g:100ml～5g:100ml。在一些典型实施案例之中，所述石墨烯水性分散液的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml，更优选为0.5mg/ml～5mg/ml。在一些典型实施案例之中，步骤(1)包括：至少选用超声分散、机械搅拌和磁力搅拌中的任意一种方式，将石墨烯均匀分散于水中，形成所述石墨烯水性分散液。优选的，所述石墨烯包括氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、功能化石墨烯、膨胀剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、N-掺杂石墨烯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。这些石墨烯材料均可以通过商购、自制等途径获取。优选的，所述油性有机溶剂包括己醇、庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、甲苯、乙苯、二甲苯、邻苯二甲酸酯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一步的，所述还原剂包括柠檬酸、水合肼、硼氢化钠、L-抗坏血酸、铁单质、强碱、还原性糖、连二亚硫酸钠中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一些典型实施案例之中，步骤(2)中所述瞬间加热的方式包括微波加热和/或喷雾干燥。优选的，所述瞬间加热的温度为100～500℃，优选为150～300℃。石墨烯团簇内部水分受热蒸发，冲击石墨烯的团簇结构，形成类似红毛丹似的放射状结构。在一些典型实施案例之中，步骤(2)还包括：瞬间加热完成后，待混合反应体系冷却，并分离出其中的固形物，经清洗、干燥，最后获得干燥的高吸光性能的放射状石墨烯团簇。优选的，所述干燥的温度为60～120℃，时间为3～7h。本专利技术实施例的另一个方面提供了由前述方法制备的高吸光性能的放射状石墨烯团簇，其包含由石墨烯通过π-π堆垛形成的三维放射状团簇结构，所述放射状石墨烯团簇的径向尺寸为500nm～100μm，吸光率大于90％。优选的，所述放射状石墨烯团簇具有红毛丹状放射状结构。例如，其中一些典型高吸光性能的放射状石墨烯团簇的形态可参见图1-2所示。本专利技术实施例的另一个方面还提供了前述高吸光性能的放射状石墨烯团簇于光电器件制备、光热转化或光电催化领域中的应用。藉由上述技术方案，本专利技术的放射状石墨烯团簇，与传统片状石墨烯相比，三维放射状的石墨烯具有高的陷光效应，接触光子和捕获光子的能力增强，大幅度的提高了光的吸收率，可以达到90％以上，对光电器件制备、光热转化和光电催化等应用领域具有重要意义；且制备方法简单，通过组装石墨烯来调控其宏观体放射状结构，增加捕获和吸收光子的能力，减少光反射，从而增加石墨烯的吸光率，可以批次制备，且可规模化制备，在一定范围内尺寸可控。以下通过若干实施例并结合附图进一步详细说明本专利技术的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本专利技术，而不限制本专利技术的范围。实施例1(1)用去离子水分散氧化石墨烯，经过搅拌30分钟，超声30分钟，配成0.5mg/ml的氧化石墨烯水性分散液500ml；(2)量取200ml的油性有机溶剂辛醇放入油浴锅中持续搅拌加热，直至升到150℃；(3)称取2.5g一水合柠檬酸倒入上述油性有机溶剂中，形成混合液；(4)把氧化石墨烯水性分散液装入喷雾器中，喷头插入混合液中，进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高吸光性能的放射状石墨烯团簇的制备方法，其特征在于包括：(1)提供石墨烯水性分散液；(2)将油性有机溶剂和还原剂均匀混合形成混合液，将所述石墨烯水性分散液加入所述混合液中，并进行瞬间加热，获得高吸光性能的放射状石墨烯团簇。

【技术特征摘要】
1.一种高吸光性能的放射状石墨烯团簇的制备方法，其特征在于包括：(1)提供石墨烯水性分散液；(2)将油性有机溶剂和还原剂均匀混合形成混合液，将所述石墨烯水性分散液加入所述混合液中，并进行瞬间加热，获得高吸光性能的放射状石墨烯团簇。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述油性有机溶剂与石墨烯水性分散液的体积比为99.9:0.1～50:50；和/或，所述还原剂与石墨烯水性分散液的质量体积比为0.5g:100ml～5g:100ml。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯水性分散液的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml；优选的，所述石墨烯水性分散液的浓度为0.5mg/ml～5mg/ml。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)包括：至少选用超声分散、机械搅拌和磁力搅拌中的任意一种方式，将石墨烯均匀分散于水中，形成所述石墨烯水性分散液。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯包括氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、功能化石墨烯、膨胀剥离石墨烯、液相剥离石墨烯、N-掺杂石墨烯中的任意一种或两种以上的组合。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述油性有机溶剂包括己醇、庚醇、辛醇、壬醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立伟，高丽娜，李奇，曾奇，张慧涛，郭玉芬，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32