一种磁性石墨烯复合纳米线及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种磁性石墨烯复合纳米线及其制备方法和应用，属于纳米材料技术领域。在本发明专利技术中，将氧化石墨烯、金属盐和去离子水混合形成悬浮液，金属盐包括Fe盐、Co盐和Ni盐中的一种或多种；当悬浮液与还原性溶液混合时，还原性溶液能够与氧化石墨烯、以及金属盐发生氧化还原反应形成石墨烯和金属盐对应的金属单质；其中，溶液环境下金属单质表面最终将部分被氧化为氧化物或氢氧化物，并分布于石墨烯表面，随着石墨烯片层结构发生皱缩形成纳米小球；纳米小球在磁场辅助下发生磁化，在蒸干过程中组装成一维的磁性石墨烯复合纳米线。实施例结果显示，本发明专利技术制备的磁性石墨烯复合纳米线由多个磁性石墨烯多孔纳米球组装而成，且质地均匀。且质地均匀。且质地均匀。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性石墨烯复合纳米线及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及一种磁性石墨烯复合纳米线及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]石墨烯是由碳原子sp2杂化连接而成的具有单原子厚度、二维蜂窝状晶格结构的新型纳米材料。因为具有比表面积大、物化性质稳定、导电导热性强等优点，石墨烯已经成为高能量、高功率密度电池以及高效率催化剂制备研究的热门候选材料(Energy Environ.Sci.9,1891,2016；Science 324,1530,2009；Int.J.Hydro.Energy 38,9217)。目前二维、三维纳米结构是石墨烯应用研究中所选择的主要结构，例如石墨烯薄膜、石墨烯水凝胶和石墨烯气凝胶等(Nat.Rev.Mater.1,16033,2016)。但是，当应用于电池电极以及催化剂载体时，二维片层的团聚、三维孔道的堵塞都必然会造成其电荷以及物质转移能力的降低(Int.J.Hydro.Energy 38,9217,2013；Chem.Mater.21,2604,2009；Carbon 47,2049,2009)，这严重阻碍了石墨烯的实际应用。
[0003]为了提高电荷以及物质转移能力，一维石墨烯结构正在引起一些人的关注。L.Mai等人(J.Am.Chem.Soc.135,18176,2013)通过将石墨烯片层卷曲，制备了一维石墨烯卷作为电池电极，大幅度提高了电池的能量和功率密度。Young
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Eun Shin等人(Nanoscale Res.Lett.7,6,2014)使用冰做模板，同样将大片石墨烯片层卷曲成了石墨烯卷，该一维的石墨烯卷具有优秀的电解水析氧反应催化活性。最近，Liu(Nano Energy 37,108,2017)等人也通过以泡沫镍为模板，添加小颗粒石墨烯并退火再刻蚀掉泡沫镍，得到了一种具有优秀电荷以及物质转移能力的一维石墨烯复合纳米线。以上这些工作说明，一维石墨烯复合纳米线是解决目前二维、三维石墨烯纳米结构电荷以及物质转移能力不足问题的有效手段。然而，目前一维石墨烯结构的制备方法一般采用模板法，制备方法较为复杂；非模板法难以得到质地均匀的一维石墨烯结构。因此，亟需提供一种制备方法简单、且能得到质地均匀的一维石墨烯复合结构的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种磁性石墨烯复合纳米线及其制备方法和应用，本专利技术提供的制备方法简单，且能得到质地均匀的一维石墨烯复合结构。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种磁性石墨烯复合纳米线的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将氧化石墨烯、金属盐和去离子水混合，得到悬浮液；所述金属盐包括Fe盐、Co盐和Ni盐中的一种或多种；
[0008](2)在磁场辅助下，将所述步骤(1)得到的悬浮液和还原性溶液混合，然后蒸干，得到磁性石墨烯复合纳米线。
[0009]优选地，所述步骤(1)中悬浮液中的氧化石墨烯浓度为0.002～0.5g/L。
[0010]优选地，所述步骤(1)悬浮液中的金属盐的浓度为0.001～0.2mol/L。
[0011]优选地，所述步骤(1)悬浮液中还包括碱金属、碱土金属、过渡金属和稀土金属离子中的一种或多种。
[0012]优选地，所述步骤(1)悬浮液中还包括稳定剂。
[0013]优选地，所述步骤(2)中的磁场的强度为0.1～2T。
[0014]优选地，所述步骤(2)中的混合和蒸干的温度独立地为50～90℃。
[0015]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的磁性石墨烯复合纳米线，由多个磁性石墨烯多孔纳米球组装而成；所述磁性石墨烯多孔纳米球包括石墨烯与磁性物质，所述磁性物质为磁性金属单质和/或磁性金属化合物。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述的磁性石墨烯复合纳米线在电池电极、催化剂或药物投递载体中的应用。
[0017]本专利技术提供了一种磁性石墨烯复合纳米线的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯、金属盐和去离子水混合，得到悬浮液；所述金属盐包括Fe盐、Co盐和Ni盐中的一种或多种；在磁场辅助下，将悬浮液和还原性溶液混合，然后蒸干，得到磁性石墨烯复合纳米线。在本专利技术中，氧化石墨烯、金属盐和去离子水混合时，由于氧化石墨烯表面含有大量的芳环结构，能够通过水合离子
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π作用富集溶液中的金属盐，富集金属盐后，氧化石墨烯表面亲水性的羧基等含氧官能团将无法发挥亲水作用，同时其表面的Zeta电位接近0，导致石墨烯分散性大幅度下降，形成悬浮液；当悬浮液与还原性溶液混合时，还原性溶液能够与氧化石墨烯、以及金属盐发生氧化还原反应形成石墨烯和金属盐对应的金属单质，溶液环境下金属单质还会被部分氧化成金属氧化物或者氢氧化物；其中，金属单质和/或金属化合物分布于石墨烯表面，随着石墨烯片层结构发生皱缩，形成纳米小球；纳米小球在磁场辅助下发生磁化，在蒸干过程中，磁性纳米小球相接触的部分因为π
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π堆积作用和分子热运动进一步沿磁感线方向发生组装，随着磁性纳米小球的组装，最终形成一维的磁性石墨烯复合纳米线。实施例结果显示，本专利技术制备的磁性石墨烯复合纳米线由多个磁性石墨烯多孔纳米球组装而成，且质地均匀。
[0018]本专利技术提供的制备方法非常简单，仅需要将各原料混合均匀，在磁场辅助下即可形成由多个磁性石墨烯多孔纳米球组装而成的一维磁性石墨烯复合纳米线，克服了现有技术中制备一维石墨烯复合材料制备方法复杂的缺陷。
附图说明
[0019]图1为本专利技术提供的磁性石墨烯复合纳米线的制备方法的示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例1制备的磁性石墨烯复合纳米线的TEM图；
[0021]在图2中，a为磁性石墨烯多孔纳米球的TEM照片；图b为磁场辅助下两个磁性石墨烯多孔纳米球相互靠近并发生粘结的TEM照片；图c为多个磁性石墨烯多孔纳米球组装而成的磁性石墨烯复合纳米线的TEM照片；
[0022]图3为本专利技术实施例1制备的磁性石墨烯复合纳米线的SEM图；
[0023]在图3中，图3a和图3b分别展示了放大2000倍和20000倍的SEM照片；
[0024]图4为本专利技术实施例1制备的磁性石墨烯复合纳米线的局部面扫描结果图；
[0025]图5为本专利技术实施例1制备的磁性石墨烯复合纳米线的局部点扫描结果图；
[0026]图6为本专利技术实施例1制备的磁性石墨烯复合纳米线点扫描结果统计图；
[0027]图7为本专利技术实施例1制备的磁性石墨烯复合纳米线的磁饱和度测试照片；
[0028]在图7中，图7a为磁性石墨烯复合纳米线悬浮液；图7b和7c为磁性石墨烯复合纳米线定向排列照片；
[0029]图8为本专利技术实施例2制备的磁性石墨烯复合纳米线的SEM图；
[0030]图9为本专利技术实施例3制备的磁性石墨烯复合纳米线的SEM图；
[0031]图10为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性石墨烯复合纳米线的制备方法，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯、金属盐和去离子水混合，得到悬浮液；所述金属盐包括Fe盐、Co盐和Ni盐中的一种或多种；(2)在磁场辅助下，将所述步骤(1)得到的悬浮液和还原性溶液混合，然后蒸干，得到磁性石墨烯复合纳米线。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)悬浮液中的氧化石墨烯浓度为0.002～0.5g/L。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)悬浮液中的金属盐的浓度为0.001～0.2mol/L。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)悬浮液中还包括碱金属、碱土金属、过渡金属和稀...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学良，闫隆，方海平，应哲冕，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：