本发明专利技术属于纳米复合材料领域，公开了一种阴离子粘土/石墨烯纳米复合材料及其制备方法。该阴离子粘土/石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）层离的阴离子粘土胶体的制备；（2）层离的带负电的石墨烯胶体的制备；（3）阴离子粘土/石墨烯经纳米复合材料的制备。本发明专利技术所制备的阴离子粘土/石墨烯纳米复合材料打破传统的半导体与石墨烯的结合方式，使半导体与石墨烯充分有效地结合，最大程度地发挥两种材料的功能，进而提升半导体材料的光电性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米复合材料领域，涉及一种纳米复合材料，特别涉及一种。
技术介绍
阴离子粘土是一种具有较大的比表面积的多孔材料，可以根据特定的功能需要来人工合成的一种层状材料。以Zn，Ti等元素做为主体，即可将阴离子粘土设计成为具光功能的半导体材料，再加入一些过渡金属元素调节禁带宽度，使其在可见光范围有良好的响应。具光功能的阴离子粘土半导体材料与石墨烯复合之后，石墨烯既能作为光受主，又能快速输导电子，使得光生电子和光生空穴进行有效的分离和转移，进而提高了半导体材料的光电性能，使该纳米复合材料在光催化裂解水产氢产氧、光催化降解有机污染物、光伏电池、太阳能电池等多个领域具有广泛的应用。同时该纳米复合材料也可以作为超强吸附剂使用。目前，关于半导体与石墨烯的复合材料已有一些报道，其制备方法主要集中于在石墨烯表面生长半导体颗粒或在半导体表面生长石墨烯，但这些方法都不能使石墨烯与半导体材料充分地结合，从而不能有效地发挥石墨烯的快速输导电子的优势。因此，必须打破传统的结合方式，寻找新的半导体与石墨烯的结合方式，使半导体材料与石墨烯充分有效地结合。日本，韩国的一些纳米研究中心曾报告过，通过剥层的方式，能将两种带不同电性的半导体材料通过层层自装配的方式结合在一起。阴离子粘土是一种层板带正电的层状材料，其层板厚度约为0.5nm，而石墨经氧化或进一步羧基化，即可得到层离的，带负电的氧化石墨烯，其片层厚度约为0.8 1.2nm。将阴离子粘土和氧化石墨烯这两种电性相反的层状材料做成胶体溶液，混合后通过静电作用使单分子层的阴离子粘土和单分子层的氧化石墨烯进行层层自装配，形成阴离子粘土 /氧化石墨烯的纳米复合材料。再用水合肼将氧化石墨烯还原，即可得到阴离子粘土 /石墨烯的纳米复合材料，该复合材料打破传统的半导体与石墨烯的结合方式，使半导体与石墨烯充分有效地结合，最大程度地发挥两种材料的功能，进而提升半导体材料的光电性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种阴离子粘土 /石墨烯纳米复合材料的制备方法。本专利技术的另一个目的在于提供一种由上述制备方法制备得到的阴离子粘土 /石墨烯纳米复合材料。该阴离子粘土/石墨烯纳米复合材料是具有三明治结构的复合材料。本专利技术的目的通过以下技术方案实现:—种阴离子粘土 /石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤:(I)层离的阴离子粘土胶体的制备:取阴离子粘土 0.1 10g，加入到IL的纯甲酰胺溶液中，搅拌，得到浓度为0.1 10g /L的层离的阴离子粘土胶体溶液；(2)层离的带负电的石墨烯胶体的制备:取5g带负电的石墨烯粉末加入到500mL纯甲酰胺液体中，搅拌，得到浓度为lg/L的层离的带负电的石墨烯胶体溶液；(3)阴离子粘土 /石墨烯经纳米复合材料的制备:在Ar的氛围下，搅拌的过程中，将层离的阴离子粘土胶体溶液滴加至层离的带负电的石墨烯胶体溶液中，使得层离的阴离子粘土胶体与层离的带负电的石墨烯胶体的质量比为0.2:1 20:1 ;搅拌处理，得到絮状沉淀，用无水乙醇将絮状沉淀离心洗涤，真空干燥，即得阴离子粘土 /带负电的石墨烯复合材料，研磨，过筛，即得阴离子粘土 /带负电的石墨烯复合材料粉末；加2mL水合肼至Ig阴离子粘土 /带负电的石墨烯复合材料粉末中反应I 5h，还原，真空干燥，即得阴离子粘土/石墨烯纳米复合材料，研磨，过200目筛，即得阴离子粘土 /石墨烯复合体材料粉末。步骤(I)中所述的阴离子粘土的制备步骤为:取二价金属盐和三价金属盐混合，加入去离子水，搅拌至金属盐溶解，记为溶液A ;取环六亚甲基四胺，加入去离子水，搅拌至其溶解，滴加HNO3溶液，调节pH为2 5，记为溶液B ;将溶液A与溶液B等体积混合，加入NaNO3，摇匀，超声处理，得到澄清混合溶液；混合溶液回流24 48h，得到浅绿色浑浊液，冷却后离心，洗涤上清液至pH为6.5 8.0，所得到沉淀干燥，研磨，过筛，即得阴离子粘土 ；其中，所述的二价金属盐为物质的量为0.04 0.048mol的Zn(NO3)2.6H20、物质的量为0.012 0.02mol的Ni (NO3)2.6H20 ;所述的二价金属盐摩尔比Zn2+ = Ni2+为2:1 4:1 ;所述的三价金属盐为物质的量为0.02mol的Al (NO3)3 ;所述的二价金属与三价金属的摩尔比为3:1 ;所述的去离子水的加入量为125mL;所述的环六亚甲基四胺的物质的量为0.125mol ;所述的HNO3溶液的摩尔浓度为1.0mol/L ;所述的NaNO3的加入量为5g ;所述的超声处理是在50KHZ下处理10 20min ;所述的回流的温度为100°C ;所述的冷却的温度为20 30°C;所述的离心的转速为6000 8000rpm，时间为10 20min ;所述的过筛是过200目的筛。步骤(I)中所述的搅拌是在20 30°C下搅拌5 10天。步骤(2)中所述的带负电的石墨烯为氧化石墨烯或羧基石墨烯；所述的搅拌是20 30°C下搅拌5 10天。其中，所述的氧化石墨烯的制备方法为:将5 g石墨烯粉末加入到IOOmL浓硫酸中，4°C下搅拌，搅拌过程中加入2.5 g似勵3和15.0gKMnO4，搅拌90min后转入中温过程，搅拌30 40min，转入高温阶段，加入去离子水，搅拌20 30min，用H2O2溶液洗涤一次，再用HCl溶液洗涤至无白色沉淀生成，将白色沉淀真空干燥，即得到氧化石墨烯，研磨，过筛，即得到氧化石墨烯粉末。其中，所述的中温过程的温度为30 40°C;所述的高温阶段的温度为80 90°C ;所述的去离子水的加入量为200mL ;所述的H2O2溶液的浓度为30% ;所述的HCl溶液的浓度为5% ;所述的过筛是过200目筛。所述的羧基化石墨烯的制备方法为:将氧化石墨烯粉末加入到NaOH溶液中，再滴入氯乙酸溶液，搅拌，反应结束后，用去离子水离心洗涤，再将所得沉淀真空干燥，即得羧基化石墨烯，研磨，过筛，羧基化石墨烯粉末。其中，所述的氧化石墨烯质量为2g ;所述的NaOH溶液的浓度为1.0mmol/L，体积为IOOmL;所述的氯乙酸溶液的浓度为1.0mmol/L，体积为20mL ;所述的搅拌时间为2h ;所述的去离子水洗漆次数为5次； 所述的离心的转速为6000rpm,时间为IOmin ;所述的过筛是过200目的筛。步骤(3)中所述的所述的搅拌处理的时间为2 6h ;所述的无水乙醇洗涤次数为3 5次，离心的转速为6000 8000rpm,时间为10 20min ;所述的真空干燥的温度为60 80°C ;所述的过筛是过200目筛。由上述所述的制备方法制备得到的阴离子粘土 /石墨烯纳米复合材料，该阴离子粘土/石墨烯纳米复合材料是由单分子层的阴离子粘土与单分子层的石墨烯层层叠加形成的具有三明治结构的复合材料。本专利技术的原理在于:通过剥层的方式，能将两种带不同电性的半导体材料通过层层自装配的方式结合在一起。阴离子粘土是一种层板带正电的层状材料，其层板厚度约为0.5nm，而石墨经氧化或进一步羧基化，即可得到层离的，带负电的石墨烯，其片层厚度约为0.8 1.2nm。将阴离子粘土和带负电的石墨烯这两种电性相反的层状材料做成胶体溶液，混合后通过静电作用使单分子层的阴离子粘土和单分子层的氧化石本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种阴离子粘土/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）层离的阴离子粘土胶体溶液的制备：取阴离子粘土0.1～10g，加入到1L的纯甲酰胺溶液中，搅拌，得到浓度为0.1～10g/L的层离的阴离子粘土胶体溶液；（2）层离的带负电的石墨烯胶体溶液的制备：取5g带负电的石墨烯粉末加入到500mL纯甲酰胺液体中，搅拌，得到浓度为1g/L的层离的带负电的石墨烯胶体溶液；（3）阴离子粘土/石墨烯经纳米复合材料的制备：在Ar的氛围下，搅拌的过程中，将层离的阴离子粘土胶体溶液滴加至层离的带负电的石墨烯胶体溶液中，使得层离的阴离子粘土胶体与层离的带负电的石墨烯胶体的质量比为0.2：1～20:1，搅拌处理，得到絮状沉淀，用无水乙醇将絮状沉淀离心洗涤，真空干燥，即得阴离子粘土/带负电的石墨烯复合材料，研磨，过筛，即得阴离子粘土/带负电的石墨烯复合材料粉末；加2mL水合肼至1g阴离子粘土/带负电的石墨烯复合材料粉末中反应1～5h，还原，真空干燥，即得阴离子粘土/石墨烯纳米复合材料，研磨，过200目筛，即得阴离子粘土/石墨烯复合体材料粉末。
【技术特征摘要】
1.一种阴离子粘土 /石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)层离的阴离子粘土胶体溶液的制备:取阴离子粘土0.1 10g，加入到IL的纯甲酰胺溶液中，搅拌，得到浓度为0.1 10g/L的层离的阴离子粘土胶体溶液； (2)层离的带负电的石墨烯胶体溶液的制备:取5g带负电的石墨烯粉末加入到500mL纯甲酰胺液体中，搅拌，得到浓度为lg/L的层离的带负电的石墨烯胶体溶液； (3)阴离子粘土/石墨烯经纳米复合材料的制备:在Ar的氛围下，搅拌的过程中，将层离的阴离子粘土胶体溶液滴加至层离的带负电的石墨烯胶体溶液中，使得层离的阴离子粘土胶体与层离的带负电的石墨烯胶体的质量比为0.2:1 20:1，搅拌处理，得到絮状沉淀，用无水乙醇将絮状沉淀离心洗涤，真空干燥，即得阴离子粘土 /带负电的石墨烯复合材料，研磨，过筛，即得阴离子粘土 /带负电的石墨烯复合材料粉末；加2mL水合肼至Ig阴离子粘土 /带负电的石墨烯复合材料粉末中反应I 5h，还原，真空干燥，即得阴离子粘土 /石墨烯纳米复合材料，研磨，过200目筛，即得阴离子粘土 /石墨烯复合体材料粉末。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)中所述的阴离子粘土的制备步骤为:取二价金属盐和三价金属盐混合，加入去离子水，搅拌至金属盐溶解，记为溶液A ;取环六亚甲基四胺，加入去离子水，搅拌至其溶解，滴加HNO3溶液，调节pH为2 5，记为溶液B ;将溶液A与溶液B等体积混合，加入NaNO3,摇匀，超声处理，得到澄清混合溶液；混合溶液回流24 48h，得到浅绿色浑浊液，冷却后离心，洗涤上清液至pH为6.5 8.0，所得到沉淀干燥，研磨，过筛，即得阴离子粘土 ； 所述的搅拌是在20 30°C下搅拌5 10天。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的带负电的石墨烯为氧化石墨烯或羧基石墨烯；所述的搅拌是20 30°C下搅拌5 10天。4.根据权利要求 1所述的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述的所述的搅拌处理的时间为2 6h ;所述的无水乙醇洗漆次数为3 5次,离心的转速为6000 8000rpm,时间为10 20min ;所述的真空干燥的温度为60 80°C ;所述的过筛是过200目筛。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:所述的二价金属盐为物质的量为0.04 0.048mol 的 Zn (NO3) 2.6Η20、物质的量为 0.012 0.02mol ...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴平霄，黄柱坚，朱能武，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。