一种改性石墨烯填料的制备方法技术

一种改性石墨烯填料的制备方法，属于石墨烯的表面改性技术领域。制备步骤是将石墨烯直接分散到沉积前驱液中，在慢速搅拌下进行电沉积制备，以金属片作为阳极，以铁网作为阴极，通过沉积液中石墨烯片与阴极碰撞实现电子转移，从而在石墨烯表面沉积制备得到双层结构石墨烯/金属材料，再进一步氧化制备三层结构石墨烯/金属/金属氧化物材料，采用该方法制备的三层结构材料，镀层与石墨烯基体具有良好的结合力，解决了传统技术难以在缺乏活性基团的普通石墨烯表面直接沉积金属镀层的不足。所制备的石墨烯/金属/金属氧化物材料有望在金属的腐蚀与防护、电催化材料、高性能超级电容器、工业分析分离、导热硅脂等领域取得应用。导热硅脂等领域取得应用。导热硅脂等领域取得应用。

【技术实现步骤摘要】
一种改性石墨烯填料的制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯的表面改性，尤其涉及一种改性石墨烯填料的制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯作为一种新型二维碳纳米材料，由于具有较大的理论比表面积、优异的导电性和力学性能、良好的化学稳定性和屏蔽性能，被广泛应用于纳米载药、超级电容器、电化学传感器、太阳能电池、金属腐蚀与防护等多个领域。然而普通的石墨烯由于表面缺少活性基团导致其化学惰性较高、不易均匀分散，只能采用表面化学修饰引入活性官能团的方法来突破其应用限制。目前对石墨烯的表面改性主要以氧化石墨烯为原料，通过丰富的活性官能团来实现改性修饰。而通过电化学沉积等途径对普通石墨烯的惰性表面进行直接改性的工作非常少。
[0003]有些金属镀层，比如金属锌有优良的抗大气腐蚀性能，在常温下表面易生成一层保护膜，目前研究所报道的大多是在金属上电镀金属锌，而在石墨烯表明电镀金属锌的工作较少。同时氧化锌因具有无毒无害、易制备、化学性质稳定、成本低等优点成为具有较好发展前景的一种半导体材料。ZnO因上述优点被应用在众多领域如：光催化、染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等。合成ZnO的复合材料能够使其物性改变，满足其在各个领域的应用需求。石墨烯作为一种新型的碳纳米材料，自发现以来就因其较大的比表面积、良好的电导率、优异的化学稳定性和易于与其他材料合成新型复合材料等优点而被广泛研究。对于ZnO纳米材料来说，石墨烯的各种优异性能有助于改善ZnO纳米材料本身存在的缺陷，使ZnO纳米材料的各项性能得到提高。研究人员就合成ZnO和石墨烯复合材料开发出了多种方法，例如微波法、水热法、化学气相沉积、喷雾热解法等。然而多数合成ZnO/石墨烯复合薄膜的方法过于复杂且涉及高温高压等苛刻条件。电沉积法作为一种绿色、环保、可控且不涉及高温高压等条件的简便制备方法，相较于其他的方法在实际生产和应用中具有更好的发展前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有合成ZnO/石墨烯复合薄膜的方法过于复杂且涉及高温高压等苛刻条件的问题，提出一种改性石墨烯填料的制备方法，该方法在石墨烯表面直接电沉积制备石墨烯/金属，进一步高温氧化得到石墨烯/金属/金属氧化物，即直接在石墨烯表面生长具有良好结合力的，形貌可控的金属镀层的制备方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]一种改性石墨烯填料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0007](1)配制电沉积前驱体溶液；
[0008](2)将石墨烯均匀分散在电沉积前驱体溶液中；
[0009](3)以步骤(2)得到的混合液为电解液，以金属片作为阳极、铁网作为阴极，在石墨烯表面电沉积金属镀层；
[0010](4)将电沉积得到的改性石墨烯提纯、干燥；
[0011](5)将改性石墨烯于马弗炉中进行表面高温氧化，即得改性石墨烯填料。
[0012]进一步地，步骤(1)中，所述前驱液包括0.1
‑
1mol/L金属盐、1
‑
10g/L添加剂PEG、0.1
‑
0.3g/L十二烷基硫酸钠，所述金属盐为CoSO4·
7H2O、Al2(SO4)3、NiSO4·
7H2O、ZnSO4·
7H2O、MgSO4·
7H2O、CuSO4·
5H2O中的一种。
[0013]进一步地，步骤(1)中，所述前驱液还包括1
‑
10g/L KCl。
[0014]进一步地，步骤(2)中，所述石墨烯的浓度为0.5～2g/L。
[0015]进一步地，步骤(3)中，所述电沉积电位控制在0～30.0V、转速在10～100rmp、沉积温度在25℃～65℃，沉积时间为2min～10min。
[0016]进一步地，步骤(5)中，所述氧化的温度为150
‑
500℃，时间为2
‑
8小时。
[0017]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：本专利技术提出直接在普通石墨烯粉末上实现批量沉积金属镀层，制备双层结构石墨烯/金属材料，然后在将其氧化成三层结构石墨烯/金属/金属氧化物材料，与常规的水热法相比，采用本方法制备的层状镀层与普通石墨烯具有良好的结合力，解决了传统技术只能在氧化石墨烯表面，难以在普通石墨烯表面直接沉积层状镀层和氧化物的不足。本方法简单可控，环保安全，成本低廉，有望实现大规模工业化应用。
附图说明
[0018]图1为纯石墨烯的SEM照片；
[0019]图2为石墨烯电沉积制备石墨烯/Zn材料的SEM照片；
[0020]图3为石墨烯电沉积制备石墨烯/Zn/ZnO材料的SEM照片；
[0021]图4为纯石墨烯、石墨烯/Zn、石墨烯/Zn/ZnO材料的XRD图；
[0022]图5为不同氧化温度、氧化时间的XRD图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0024]本专利技术公开了一种在石墨烯表面电沉积制备三层结构石墨烯/金属/金属氧化物材料的方法。制备步骤是将石墨烯直接分散到沉积前驱液中，在慢速搅拌下进行电沉积制备，以金属片作为阳极，以铁网作为阴极，通过沉积液中石墨烯片与阴极碰撞实现电子转移，从而在石墨烯表面沉积制备得到双层结构石墨烯/金属材料，再将所制备双层石墨烯/金属材料氧化制备三层结构石墨烯/金属/金属氧化物材料，采用该方法制备的三层结构材料，镀层与石墨烯基体具有良好的结合力，解决了传统技术难以在缺乏活性基团的普通石墨烯表面直接沉积金属镀层的不足。所制备的材料有望在金属的腐蚀与防护、电催化材料、高性能超级电容器、工业分析分离、导热硅脂等领域取得应用。
[0025]实施例1：
[0026]石墨烯表面电沉积金属锌制备双层结构石墨烯/Zn材料，将其氧化后制备三层结构石墨烯/Zn/ZnO材料。
[0027](1)前驱体溶液的配制：在600mL烧杯中加入400mL的去离子水和50mL的乙醇，加入4g的聚乙二醇、42g七水合硫酸锌、0.1g的十二烷基硫酸钠，搅拌均匀待用；
[0028](2)向前驱液中加入石墨烯0.5g，超声40min分散均匀，超声功率为250W，锌片为阳极、铁网为阴极，电沉积电位为15V，沉积时间为5min，沉积温度为25℃；
[0029](3)沉积后用去离子水和乙醇各清洗两次，离心转速500rpm，时间为5min，最后在30℃的烘箱中烘干；
[0030](4)将制备的双层结构材料石墨烯/Zn 400℃氧化6h制备成石墨烯/Zn/ZnO。
[0031]将所得的样品进行扫描电镜(SEM)观察和X射线衍射(XRD)，从图1可以明显看出纯石墨烯片层表面虽有褶皱但表面较为光滑没有其他杂质存在，图2可以看到片层的厚度明显的增加大约在7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯填料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)配制电沉积前驱体溶液；(2)将石墨烯均匀分散在电沉积前驱体溶液中；(3)以步骤(2)得到的混合液为电解液，以金属片作为阳极、铁网作为阴极，在石墨烯表面电沉积金属镀层；(4)将电沉积得到的改性石墨烯提纯、干燥；(5)将改性石墨烯于马弗炉中进行表面高温氧化，即得改性石墨烯填料。2.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯填料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述前驱液包括0.1
‑
1mol/L金属盐、1
‑
10g/L添加剂PEG、0.1
‑
0.3g/L十二烷基硫酸钠，所述金属盐为CoSO4·
7H2O、Al2(SO4)3、NiSO4·
7H2O、ZnSO4·
7H...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎俊，王军成，杨蕾，刘丽，黄玉东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：