本發(fā)明屬于石墨烯復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種自支撐石墨烯-聚苯胺納米線復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯作為一種新型的二維納米材料，近年來被科學(xué)界廣泛研究。作為一種單原子片層材料，它不僅是構(gòu)造零維富勒烯量子點(diǎn)、一維碳納米管的基本結(jié)構(gòu)單元，而且可以構(gòu)造三維的石墨。由于它獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，石墨烯具有許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，如高的力學(xué)性能、熱導(dǎo)率、電荷遷移率、大的比表面積以及獨(dú)特的量子霍爾效應(yīng)等。因此,它也被應(yīng)用到很多方面,包括高分子復(fù)合材料、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、液晶顯示,能量存儲(chǔ)等。

自1977年Shirakawa等首次報(bào)道摻雜聚乙炔具有金屬電導(dǎo)(電導(dǎo)率為10³～10⁵S/cm)以來,各種導(dǎo)電高子如PPy、PTH、聚對(duì)苯乙烯(PPV)和聚苯胺(Polyaniline，PANI)以及他們的衍生物相繼問世。PANI因?yàn)橹苽淙菀?、穩(wěn)定性好，是實(shí)際應(yīng)用最多的有機(jī)共軛導(dǎo)電聚合物之一。通過模板合成法、自組裝法、界面聚合法等多種合成技術(shù)可制備出納米棒、納米管、納米纖維等形態(tài)各異的聚苯胺納米材料。其中電化學(xué)自組裝的方法簡(jiǎn)單、可控，可在無模板的情況下直接制備出聚苯胺納米線。隨著納米科技的發(fā)展,聚苯胺納米結(jié)構(gòu)尤其是一維納米結(jié)構(gòu)(如納米線、納米管、納米棒等)的成功制備使人們認(rèn)識(shí)到納米聚苯胺在電子傳輸、光學(xué)和力學(xué)等方面顯現(xiàn)的獨(dú)特的尺寸和維度效應(yīng),預(yù)示著聚苯胺納米結(jié)構(gòu)在納米傳感器、分子導(dǎo)線及光電納米器件構(gòu)建等領(lǐng)域具有廣闊的潛在應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種自支撐石墨烯-聚苯胺納米線復(fù)合材料的制備方法，方法簡(jiǎn)便，條件溫和，所形成的復(fù)合材料具有多級(jí)納米結(jié)構(gòu)。極大地提高了材料的比表面積。該方法工藝簡(jiǎn)單可靠，有效降低成本，具有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的一種自支撐石墨烯-聚苯胺納米線復(fù)合材料的制備方法，包括：

(1)氧化石墨加入水中，超聲分散，得到氧化石墨分散液，然后進(jìn)行還原，真空抽濾，得到自支撐的石墨烯薄膜；

(2)將上述自支撐的石墨烯薄膜用十二烷基硫酸鈉SDS溶液處理后作為工作電極，鉑片作為對(duì)電極，在電解液中用三段電流的方法，在石墨烯上原位生長(zhǎng)出聚苯胺納米線，即得自支撐石墨烯-聚苯胺納米線復(fù)合材料。

所述步驟(1)中氧化石墨分散液的濃度為0.01～1mg/mL。

所述步驟(1)中還原具體為：磁力攪拌條件下，將水合肼和氨水加入氧化石墨分散液中，加熱到70～100℃，并保持0.5～2h。

石墨烯分散液、水合肼、氨水的體積比為1500～2500:0.5～5:3～7。

所述水合肼的質(zhì)量百分濃度為80～85％、氨水的質(zhì)量百分濃度為20～30％。

所述步驟(1)中真空抽濾為：用0.22μm孔徑的PVDF膜抽濾。

步驟(1)中得到自支撐的石墨烯薄膜在高溫下退火還原，具體為：在氬氣氣氛下，高溫200～500℃下維持0.5～3h，退火。

所述步驟(2)中十二烷基硫酸鈉SDS溶液的質(zhì)量百分濃度為0.01～5％。

所述步驟(2)中電解液為苯胺和高氯酸的混合液，其中電解液中苯胺的濃度為0.1～1M、高氯酸的濃度為0.5～1.0M。

所述步驟(2)中三段電流的方法為：先用0.1～0.05mA/cm²處理0.1～1h，再用0.08～0.03mA/cm²處理2～5h，最后用0.03～0.01mA/cm²處理2～5h。

自支撐石墨烯-聚苯胺納米線復(fù)合材料在氣體傳感方面的應(yīng)用。

有益效果

(1)本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)便，原料易得，條件溫和；

(2)本發(fā)明通過原位方法在石墨烯基底上生長(zhǎng)出聚苯胺的納米線，其結(jié)構(gòu)可控，界面結(jié)合穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的自支撐石墨烯-聚苯胺納米線復(fù)合材料表面的掃描電鏡圖；

圖2為實(shí)施例1制備的自支撐石墨烯-聚苯胺納米線復(fù)合材料截面的掃面電鏡圖；

圖3為實(shí)施例3制備的自支撐石墨烯-聚苯胺納米線復(fù)合材料表面的掃面電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實(shí)施例1

在室溫下，稱取氧化石墨20mg，置于150mL燒杯中，然后加去離子水80mL配成0.25mg/mL的氧化石墨分散液，然后將燒杯放在超聲儀中超聲處理6h，得到氧化石墨分散液。

在磁力攪拌的狀態(tài)下，取40μL的水合肼(80％)和280μL的氨水(25％)加入到氧化石墨分散液中進(jìn)行還原，再放入油浴鍋中加熱到95℃，保溫1h。將氧化石墨分散液用0.22nm孔徑的PVDF膜進(jìn)行真空抽濾，再用去離子水清洗，剝離，得到自支撐的石墨烯薄膜。將石墨烯薄膜在氬氣狀態(tài)下，400℃條件下煅燒1h，增強(qiáng)還原效果。

自支撐的石墨烯薄膜用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的SDS溶液清洗，使表面負(fù)載上SDS分子。用不銹鋼電極夾頭夾住放到電解液中充當(dāng)工作電極。電解液中含有有0.5M苯胺和1M高氯酸。用鉑片當(dāng)作對(duì)電極。用0.08mA/cm²的電流密度處理0.5h，再用0.04mA/cm²處理3h，最后用0.02mA/cm²處理3h得到石墨烯-聚苯胺納米線的復(fù)合材料。

圖1為制備的石墨烯/聚苯胺納米線的掃描電鏡圖，可以看出：石墨烯上有直徑100nm左右的聚苯胺納米線的生成。

實(shí)施例2

在室溫下，稱取氧化石墨20mg，置于150mL燒杯中，然后加去離子水80mL配成0.25mg/mL的氧化石墨分散液，然后將燒杯放在超聲儀中超聲處理6h，得到氧化石墨分散液。

在磁力攪拌的狀態(tài)下，取40μL的水合肼(80％)和280μL的氨水(25％)加入到氧化石墨分散液中進(jìn)行還原，再放入油浴鍋中加熱到95℃，保溫1h。將氧化石墨分散液用0.22nm孔徑的PVDF膜進(jìn)行真空抽濾，再用去離子水清洗，剝離，得到自支撐的石墨烯薄膜。將石墨烯薄膜在氬氣狀態(tài)下，400℃條件下煅燒1h，增強(qiáng)還原效果。

自支撐的石墨烯薄膜用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的SDS溶液清洗，使表面負(fù)載上SDS分子。用不銹鋼電極夾頭夾住放到電解液中充當(dāng)工作電極。電解液中含有有0.5M苯胺和1M高氯酸。用鉑片當(dāng)作對(duì)電極。用0.04mA/cm²的電流密度處理6.5h，結(jié)果石墨烯上并沒有聚苯胺納米線的生成。

實(shí)施例3

在室溫下，稱取氧化石墨20mg，置于150mL燒杯中，然后加去離子水80mL配成0.25mg/mL的氧化石墨分散液，然后將燒杯放在超聲儀中超聲處理6h，得到氧化石墨分散液。

在磁力攪拌的狀態(tài)下，取40μL的水合肼(80％)和280μL的氨水(25％)加入到氧化石墨分散液中進(jìn)行還原，再放入油浴鍋中加熱到95℃，保溫1h。將氧化石墨分散液用0.22nm孔徑的PVDF膜進(jìn)行真空抽濾，再用去離子水清洗，剝離，得到自支撐的石墨烯薄膜。將石墨烯薄膜在氬氣狀態(tài)下，400℃條件下煅燒1h，增強(qiáng)還原效果。

自支撐的石墨烯薄膜用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的SDS溶液清洗，使表面負(fù)載上SDS分子。用不銹鋼電極夾頭夾住放到電解液中充當(dāng)工作電極。電解液中含有有0.5M苯胺和1M鹽酸。用鉑片當(dāng)作對(duì)電極。用0.08mA/cm²的電流密度處理0.5h，再用0.04mA/cm²處理3h，最后用0.02mA/cm²處理3h得到石墨烯-聚苯胺納米線的復(fù)合材料。圖3為制備的石墨烯/聚苯胺納米線的掃描電鏡圖，可以看出：石墨烯上有直徑100nm左右的聚苯胺納米線的生成。