一种石墨烯纳米球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯纳米球及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：使碳源在金属纳米颗粒表面原位聚合，得到聚合物包覆的金属纳米颗粒；将所述的聚合物包覆的金属纳米颗粒淬火，腐蚀，制得所述的石墨烯纳米球。本发明专利技术提供一种不使用石墨类材料即可制备出中空石墨烯纳米球的方法，在降低成本的同时，实现更广泛的应用。具体而言：本发明专利技术中的制备方法实验操作过程简单，无需特殊设备，无需超高温度，更节能环保。不适用石墨烯材料，原料来源广泛，成本低。制备的产物为中空的球形石墨烯纳米球，形状规整。形状规整。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯纳米球及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料领域，具体涉及一种石墨烯纳米球及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]石墨烯具有低密度、高化学稳定性、高电导率、高导热系数等优异的性能，在各行各业有着良好的应用前景，但是目前高质量的石墨烯制备较为困难，常常需要使用激光、CVD炉、石墨化炉等超高温设备，制备时需要耗费大量的能量，使制备成本大幅度提高，并且制备特殊形貌(片层以外的形貌)的石墨烯常常需要繁杂的步骤，很难大批量推广应用，从而极大的阻碍了石墨烯材料的发展应用。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种石墨烯纳米球。
[0004]本专利技术的目的之二在于提供一种石墨烯纳米球的制备方法。
[0005]本专利技术的目的之三在于提供一种石墨烯纳米球在电磁屏蔽材料或导电材料中的应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种石墨烯纳米球的制备方法，包括以下步骤：
[0008]使碳源在金属纳米颗粒表面原位聚合，得到聚合物包覆的金属纳米颗粒；
[0009]将所述的聚合物包覆的金属纳米颗粒淬火，腐蚀，制得所述的石墨烯纳米球。
[0010]优选地，所述原位聚合的聚合时间为12～72h；进一步优选地，所述原位聚合的聚合时间为20～28h；再进一步优选地，所述原位聚合的聚合时间为22～26h。
[0011]优选地，所述使碳源在金属纳米颗粒表面原位聚合的步骤具体为：将金属纳米颗粒在水中超声分散，然后使分散后的金属纳米颗粒与碳源反应，使碳源在金属纳米颗粒表面原位聚合，从而在金属纳米颗粒表面形成一层聚合物壳层，得到核壳结构的聚合物包覆的金属纳米颗粒。其中，核为金属纳米颗粒，壳层为聚合物。
[0012]优选地，所述石墨烯纳米球为中空结构。
[0013]优选地，所述金属纳米颗粒为铁、钴、镍、镓、钛、钯、铂、金中的至少一种；从成本和石墨烯的质量方面综合考虑，进一步优选地，所述金属纳米颗粒为铁、钴、镍中的至少一种；本专利技术所采用的金属纳米颗粒均为对碳有较好固溶度的金属，从而使碳源能够在金属纳米颗粒表面原位聚合，在金属纳米颗粒表面形成一层均匀厚度的聚合物壳层结构。
[0014]优选地，所述金属纳米颗粒的粒径为30～500nm。若金属纳米颗粒的粒径小于30nm，则粒径过小的金属纳米颗粒在淬火过程中会熔融团聚，从而无法形成分散性好的石墨烯纳米球；若金属纳米颗粒的粒径过大，则会造成制备的石墨烯纳米球的粒径大于500nm，石墨烯纳米球的性能下降且会造成金属原料的浪费。因此，综合考虑产物石墨烯纳米球的质量和性能，金属纳米颗粒的粒径进一步优选为50～200nm。
[0015]优选地，所述金属纳米颗粒采用以下制备方法制备：将金属源、碱液、水合肼、聚乙烯吡咯烷酮混合反应，制得所述的金属纳米颗粒。
[0016]优选地，所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
[0017]优选地，所述碳源还含有氮、硫、磷原子中的至少一种；进一步优选地，所述碳源优选为含苯环的聚合单体。本专利技术中的碳源含有氮、硫、磷原子中的至少一种，可以实现对制备的产物石墨烯纳米球进行掺杂，提高石墨烯纳米球的性能和缺陷位，一个方面，氮和硫原子比碳原子含有更多的电子，能够增加石墨烯材料的电子云密度，提高材料的电导率，另一方面，杂原子的掺杂使得石墨烯的蜂窝结构产生一定程度上的畸变，产生空位和悬空键，这些地方会产生偶极矩，对电磁波产生偶极弛豫损耗，提高电磁吸收性能。
[0018]优选地，所述碳源为苯乙烯、盐酸多巴胺、丙烯酸酯类化合物、苯胺类化合物、吡咯类化合物、噻吩类化合物、酰胺类化合物中的至少一种；
[0019]优选地，所述丙烯酸酯类化合物选自氮取代的丙烯酸酯类化合物、硫取代的丙烯酸酯类化合物、磷取代的丙烯酸酯类化合物中的至少一种。
[0020]优选地，所述苯胺类化合物为氮取代的苯胺类化合物、硫取代的苯胺类化合物、磷取代的苯胺类化合物中的至少一种。
[0021]优选地，所述吡咯类化合物为氮取代的吡咯类化合物、磷取代的吡咯类化合物、硫取代的吡咯类化合物中的至少一种。
[0022]优选地，所述噻吩类化合物为氮取代的噻吩类化合物、硫取代的噻吩类化合物、磷取代的噻吩类化合物中的至少一种。
[0023]优选地，所述酰胺类化合物为氮取代的酰胺类化合物、硫取代的酰胺类化合物、磷取代的酰胺类化合物中的至少一种。
[0024]优选地，所述聚合物为聚苯乙烯、聚多巴胺中的至少一种。
[0025]优选地，所述碳源与金属纳米颗粒的质量比为1：(2～20)；进一步优选地，所述碳源与金属纳米颗粒的质量比为1：(5～10)。
[0026]优选地，所述淬火条件为：升温速度为：1～30℃/min；升至温度为600～1200℃，降温速度为：5
‑
50℃/min；降温至20～30℃。
[0027]优选地，所述淬火温度为800～1200℃；进一步优选地，所述淬火温度为1000～1200℃。淬火温度需在金属纳米颗粒的熔点以下，此时温度越高，制备的石墨烯质量越高。相对传统的制备方法，本专利技术中的淬火温度在较低温度下制备，耗费能量更低。本专利技术通过淬火过程，利用金属对碳原子在高温下溶解，在低温下析出(析出后自发形成石墨烯)的原理，同步实现聚合物的碳化以及石墨烯的原位制备，利用既是催化剂又是模板的纳米金属颗粒，实现特殊形貌
‑
中空球状石墨烯的制备。
[0028]优选地，所述淬火时的升温速率为5～20℃/min；进一步优选地，所述淬火时的升温速率为9～11℃/min；再进一步优选地，所述淬火时的升温速率为10℃/min。
[0029]优选地，所述淬火时的降温速率为10～30℃/min；进一步优选地，所述淬火时的降温速率为15～25℃/min。
[0030]优选地，所述淬火是在惰性气体下进行。
[0031]优选地，所述惰性气体选自：高纯氮气、高纯氩气、氢气与氩气的混合气；进一步优选地，所述惰性气体为氢气和氩气的混合气，采用氢气和氩气的混合气可以提高石墨烯的
产率。
[0032]优选地，所述腐蚀为采用酸液或碱液进行刻蚀。腐蚀的目的是为了除去石墨烯纳米球中心的金属纳米粒子，从而制备中空的石墨烯纳米球。
[0033]优选地，所述酸液为强酸。
[0034]优选地，所述酸液为盐酸、硫酸、氢碘酸中的至少一种；进一步优选地，所述酸液为氢碘酸。采用氢碘酸对淬火后的产物进行腐蚀的同时可以对石墨烯进行碘掺杂，增加石墨烯的电导率。
[0035]本专利技术第二方面提供了一种石墨烯纳米球，采用本专利技术第一方面提供的制备方法制备，所述石墨烯纳米球为中空结构。
[0036]优选地，所述石墨烯纳米球的粒径为30～530nm，石墨烯纳米球的壳厚为1～50nm。
[0037]优选地，所述石墨烯纳米球的粒径为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯纳米球的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：使碳源在金属纳米颗粒表面原位聚合，得到聚合物包覆的金属纳米颗粒；将所述的聚合物包覆的金属纳米颗粒淬火，腐蚀，制得所述的石墨烯纳米球。2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米球的制备方法，其特征在于：所述石墨烯纳米球为中空结构。3.根据权利要求1所述的石墨烯纳米球的制备方法，其特征在于：所述金属纳米颗粒为铁、钴、镍、镓、钛、钯、铂、金中的至少一种。4.根据权利要求1或3所述的石墨烯纳米球的制备方法，其特征在于：所述金属纳米颗粒的粒径为30～500nm。5.根据权利要求1所述的石墨烯纳米球的制备方法，其特征在于：所述碳源还含有氮、硫、磷原子中的至少一种；所述碳源为苯乙烯、盐酸多巴胺、丙烯酸酯类化合物、苯胺类化合物、吡咯...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞浩，余越，戴永强，廖兵，
申请(专利权)人：广东省科学院化工研究所，
类型：发明
国别省市：