一种石墨烯/金属硫化物多级纳米材料及其绿色合成方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯/金属硫化物多级纳米材料及其绿色合成方法，该方法以氧化石墨烯、L‑组氨酸、金属盐、硫代乙酰胺为原料，利用微波辅助加热制备石墨烯/金属硫化物多级纳米材料。本发明专利技术最大的特点是利用L‑组氨酸中丰富的功能团，络合溶液中的金属离子并控制形核和晶粒生长过程，通过基团间互相作用力实现对纳米颗粒的自组装形成金属硫化物多级纳米材料，是一种无污染、环境友好的绿色合成技术。另外，利用氧化石墨烯大的比表面积作为载体，形成石墨烯/金属硫化物多级纳米材料，利用多级纳米材料高活性、石墨烯大的比表面积和高的导电性能结合，可有效地应用于污水处理、环境保护和和太阳能电池等领域。

A Graphene/Metal Sulfide Multistage Nanomaterials and Green Synthesis Method

The invention relates to a graphene/metal sulfide multistage nanomaterial and a green synthesis method. The method uses graphene oxide, L histidine, metal salt and thioacetamide as raw materials to prepare graphene/metal sulfide multistage nanomaterial by microwave-assisted heating. The main feature of the present invention is to use the abundant functional groups in L histidine to complex the metal ions in solution and control the nucleation and grain growth process. The self-assembly of nanoparticles to form metal sulfide multilevel nanomaterials is realized by the interaction between groups. It is a pollution-free and environmentally friendly green synthesis technology. In addition, graphene/metal sulphide multistage nanomaterials can be formed by using graphene oxide with large specific surface area as carrier. The combination of multistage nanomaterials with high activity, large specific surface area of graphene and high conductivity can be effectively applied in sewage treatment, environmental protection and solar cells.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/金属硫化物多级纳米材料及其绿色合成方法
本专利技术涉及一种石墨烯/金属硫化物多级纳米材料及其绿色合成方法，属于纳米材料领域。
技术介绍
金属硫化物作为一种十分重要的半导体纳米材料，因其具有特异的光、电、热、磁等性质，在半导体发光器件、非线性光学材料、光催化等领域表现出巨大的应用前景。形貌是影响金属硫化物性能的主要因素，因此不同形貌的金属硫化物得到了大量的研究，金属硫化物多级纳米结构由于其本身的独特结构而表现出非常高的反应活性受到了科研工作者广泛关注。目前，人们通常加入表面活性剂生成多级纳米结构，但表面活性剂本身会对环境造成一定的污染。石墨烯是由单层sp2杂化碳原子构成的蜂窝状二维平面晶体薄膜，在石墨烯二维平面内，C-C键使石墨烯具有良好的刚性。另外，石墨烯平面上形成的π电子可以自由移动，使石墨烯具有良好的导电性。当石墨烯与金属硫化物复合时，有助于提高金属硫化物的力学、热学、电学等性能，可更加有效地应用于污水处理、环境保护和太阳能电池等领域。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种石墨烯/金属硫化物多级纳米材料及其绿色合成方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种石墨烯/金属硫化物多级纳米材料的绿色合成方法，包括如下步骤：S1、将氧化石墨烯分散于去离子水中，获得氧化石墨烯分散液a；S2、向S1中获得的氧化石墨烯分散液a中加入金属盐和氨基酸，混合均匀，获得溶液b；S3、向S2中获得的溶液b中加入硫源，超声搅拌20-30min，获得溶液c；S4、加热溶液c，反应25-35min后，固液分离，获得沉淀物质，洗涤，干燥，获得石墨烯/金属硫化物多级纳米材料。S1中，将浓度为0.8-1.2g/L的氧化石墨烯溶液与去离子水按体积比1-3:10混合，超声分散，优选地，超声分散时间为15-45min，进一步优选为20-40min，获得到氧化石墨烯分散液a。S1中，溶液a中，氧化石墨烯的质量浓度为0.08-0.36g/L。S2中，溶液b中，氧化石墨烯、金属盐、氨基酸的质量比为0.02-0.06：1-3:1-3。S2中，所述氨基酸为L-组氨酸。S3中，所述硫源为硫代乙酰胺，优选地，溶液c中，氧化石墨烯、金属盐、氨基酸、硫源的质量比为0.02-0.06：1-3:1-3：0.3-1。S4中，采用微波辅助加热方式加热。S4中，控制反应温度为180-250℃。S4中，洗涤时，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤5-6次。所述金属盐包括二水合乙酸镉、一水合乙酸铜、二水合氯化亚锡中的至少一种。基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种石墨烯/金属硫化物多级纳米材料，由如上所述的绿色合成方法制成。生物分子含有丰富的官能团，能够有效地导向纳米材料的生长，本专利技术以氨基酸生物分子辅助纳米材料的合成，是一种无污染、环境友好的绿色合成技术。本专利技术以L-组氨酸辅助、氧化石墨烯为载体，利用微波加热技术获得石墨烯/金属硫化物多级纳米材料。本专利技术的技术构思是：L-组氨酸分子携带许多官能团（如-NH2，-COOH，-SH，-OH等），能与金属离子以配位键结合，同时各基团间与水溶剂间的氢键、范德华力、疏水作用等可使纳米粒子以多级结构方式进行自组装，因此利用L-组氨酸辅助的方法可以合成金属硫化物多级纳米材料。氧化石墨烯表面具有丰富的带负电的功能团，通过静电相互作用很容易吸引溶液中的金属离子，达到形成的金属硫化物多级纳米材料稳定地锚定在石墨烯表面，有效地提高金属硫化物的导电性，并阻止硫化物的团聚。本专利技术最大的特点是利用L-组氨酸中丰富的功能团，络合溶液中的金属离子并控制形核和晶粒生长过程，通过基团间互相作用力实现对纳米颗粒的自组装形成金属硫化物多级纳米材料，是一种无污染、环境友好的绿色合成技术。另外，利用氧化石墨烯大的比表面积作为载体，形成石墨烯/金属硫化物多级纳米材料，利用多级纳米材料高活性、石墨烯大的比表面积和高的导电性能结合，可有效地应用于污水处理、环境保护和和太阳能电池等领域。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、从环保的角度出发，选取对人体无毒害、无环境污染且具有良好生物相容性的生物小分子L-组氨酸为基质，辅助纳米材料的合成，发展环境友好、条件温和、成本低廉、操作简单，是一种易于大规模工业生成的通用合成技术。2、本专利技术的绿色合成方法适用面广，可应用于石墨烯/硫化镉多级纳米材料、石墨烯/硫化铜多级纳米材料、石墨烯/硫化亚锡多级纳米材料等多种纳米材料的制备；3、通过本专利技术的方法获得的石墨烯/金属硫化物多级纳米材料形貌好且无杂质，制备过程可控性强；4、本专利技术得到石墨烯/金属硫化物多级纳米材料，利用金属硫化物多级纳米材料高活性、石墨烯大的比表面积和高的导电性能结合，在污水处理、环境保护和太阳能电池等方面具有重要的意义。附图说明图1是实施例1中石墨烯/硫化镉多级纳米材料的SEM图像；图2是实施例1中石墨烯/硫化镉多级纳米材料的TEM图像；图3是实施例1中石墨烯/硫化镉多级纳米材料的HRTEM图像；图4是实施例2中石墨烯/硫化铜多级纳米材料的XRD图；图5是实施例2中石墨烯/硫化铜多级纳米材料的SEM图像；图6是实施例3中石墨烯/硫化亚锡多级纳米材料的XRD图；图7是实施例3中石墨烯/硫化亚锡多级纳米材料的SEM图像。具体实施方式以下将结合实施例来详细说明本专利技术。实施例1石墨烯/硫化镉多级纳米材料的制备方法如下：（1）将10mL浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液加入到50mL去离子水中超声分散得到氧化石墨烯分散液a；（2）在上述分散均匀的溶液a中加入0.83g的二水合乙酸镉和1g的L-组氨酸，超声分散，得到分散均匀的溶液b；（3）在所述分散均匀的溶液b中加入0.3g硫代乙酰胺，超声搅拌30min，得分散均匀的溶液c；（4）将对溶液c进行微波辅助加热，在200℃下反应30min后，固液分离，得到黄色的沉淀物质；（5）将所得沉淀物质用蒸馏水和无水乙醇洗涤6次，得到无杂质的石墨烯/硫化镉多级纳米材料；参见附图1，它是本实施例中石墨烯/硫化镉多级纳米材料的SEM图，图中可以看到，均匀分布着大量的球状颗粒，直径大约在200nm左右，并且每个球体的表面粗糙。参见附图2，它是本实施例中石墨烯/硫化镉多级纳米材料的TEM图，图中可以看到，纳米球是一种超细纳米颗粒组成的多级纳米球。参见附图3，它是本实施例中石墨烯/硫化镉多级纳米材料的HRTEM图，图中可以看到，组成多级纳米球的超细纳米颗粒的晶格线，晶格间距0.33nm，对应于硫化镉的（002）晶面。实施例2石墨烯/硫化铜多级纳米材料的光催化材料的制备方法如下：（1）将10mL浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液加入到50mL去离子水中超声分散得氧化石墨烯分散液a；（2）在上述分散均匀的溶液a中加入0.8g的一水合乙酸铜和1g的L-组氨酸，超声分散，得到分散均匀的溶液b；（3）在所述分散均匀的溶液b中加入0.3g硫代乙酰胺，超声搅拌20min~30min，得分散均匀的溶液c；（4）对溶液c进行微波辅助加热，在200℃下反应30min后，固液分离，得到黑色的沉淀物质；（5）将所得黑色沉淀物质用蒸馏水和无水乙醇洗涤6次，得到无杂质的石墨烯/硫化铜多级纳米材料；参见附图4，X射线衍射仪分析结果得出，获得复合材料为硫化铜晶体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯/金属硫化物多级纳米材料的绿色合成方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将氧化石墨烯分散于去离子水中，获得氧化石墨烯分散液a；S2、向S1中获得的氧化石墨烯分散液a中加入金属盐和氨基酸，混合均匀，获得溶液b；S3、向S2中获得的溶液b中加入硫源，超声搅拌20‑30min，获得溶液c；S4、加热溶液c，反应25‑35min后，固液分离，获得沉淀物质，洗涤，干燥，获得石墨烯/金属硫化物多级纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/金属硫化物多级纳米材料的绿色合成方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将氧化石墨烯分散于去离子水中，获得氧化石墨烯分散液a；S2、向S1中获得的氧化石墨烯分散液a中加入金属盐和氨基酸，混合均匀，获得溶液b；S3、向S2中获得的溶液b中加入硫源，超声搅拌20-30min，获得溶液c；S4、加热溶液c，反应25-35min后，固液分离，获得沉淀物质，洗涤，干燥，获得石墨烯/金属硫化物多级纳米材料。2.根据权利要求1所述的绿色合成方法，其特征在于，S1中，将浓度为0.8-1.2g/L的氧化石墨烯溶液与去离子水按体积比1-3:10混合，超声分散，获得到氧化石墨烯分散液a。3.根据权利要求1所述的绿色合成方法，其特征在于，S1中，溶液a中，氧化石墨烯的质量浓度为0.08-0.36g/L。4.根据权利要求1所述的绿色合成方法，其特征在于，S...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾斌，李叶林，刘奇元，
申请(专利权)人：湖南文理学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43