專利名稱：納米ZnO和石墨烯納米片的復合納米材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米新材料技術領域，尤其是納米ZnO基材料和石墨烯納米片的復合納米材料的制備方法。
背景技術：
納米技術是當今世界尖端科技之一，是集凝聚態(tài)物理學、膠體化學、配位化學、化學反應動力學、表面和界面化學等學科為一體的交叉科學，世界發(fā)達國家一直把納米材料作為科學研究和技術開發(fā)的重點，納米材料的研究將推動21世紀的信息技術、生物醫(yī)學、 環(huán)境保護、自動化技術及能源科學的發(fā)展，給人類的生活帶來革命性的變化，納米氧化鋅有許多特殊優(yōu)異的性能，如壓電性、熒光性、無毒和非遷移性、吸收和散射紫外線能力等，以納米ZnO為代表的光催化方法在有機污染物去除的理論和應用受到了廣泛的關注，同時，納米ZnO也是一類具有潛力的熱電材料，具有高效的熱電轉換特性，納米ZnO的濕化學法在大規(guī)模生產(chǎn)方面有著較好的前景，但因為使用有機分散劑、表面活性劑和有機前驅體，使得后處理過程復雜，成本較高，另一方面，在利用納米ZnO光催化性時，由于納米ZnO禁帶寬度原因，產(chǎn)生的電子-空穴對不僅極易復合且壽命較短，光響應范圍較窄，所以需要減少電子-空穴對的復合率以提高納米ZnO的光催化效率，在利用納米ZnO熱電性能時，由于納米ZnO較大的聲子導熱率，影響了其熱電性能的進一步提高，所以需要降低納米ZnO的熱導率，提高接觸熱阻，研究表明，將納米ZnO和碳材料結合，比如碳納米管(CNT)和C60，可以有效地提高納米ZnO的光催化效率和接觸熱阻，在各種碳材料中，石墨烯是單原子厚度的二維碳原子晶體，利用石墨烯獨特的電學性質對納米ZnO進行修飾以制備性能更好的復合納米材料已經(jīng)成為重要的研究課題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有納米ZnO生產(chǎn)和性能的不足，提供一種納米ZnO基材料和石墨烯納米片的復合納米材料的制備方法。
本發(fā)明的技術方案:以溶膠-凝膠法和機械合金化兩者相結合的方式將納米ZnO 與石墨烯納米片進行復合制得復合納米材料，其制備方法按以下步驟:A、將石墨烯納米片加入到濃度為85% 95%的硫酸中，在50°C 60°C溫度下攪拌10 15分鐘，然后過濾、洗滌、干燥，將所得樣品在高能球磨機上球磨3 4小時，利用強酸和高能機械球磨對石墨烯納米片進行前期處理，提高石墨烯納米片的分散性；B、按摩爾比0.1 10%比例將待摻雜離子的硝酸鹽和六水硝酸鋅溶入去離子水中，制成溶液I ;C、將0.02 0.04mol的氫氧化鈉溶于去離子水中配成溶液II，氫氧化鈉和水的質量比為0.5 0.1 ;D、將溶液II和石墨烯納米片在快速旋轉的磁力攪拌器的攪拌下緩慢滴加到溶液I 中，石墨烯與硝酸鋅摩爾比為O 0.1，會產(chǎn)生白色沉淀，滴加完后繼續(xù)攪拌I 2小時 使其反應完全；E、將D步驟得到的溶液過濾，得到的固態(tài)產(chǎn)物再用蒸餾水和無水乙醇洗滌2 3次，然后放入恒溫干燥箱中在90 95°C下干燥10 12小時，干燥后的材料充分研磨后放入馬弗爐在500 800°C下焙燒3 4小時；F、將E步驟得到的焙燒產(chǎn)物冷卻后再在高能球磨機上球磨3 4小時，球磨速度 150-250r/min,制得納米ZnO基材料和石墨烯納米片的復合納米材料。
待摻雜離子的硝酸鹽包括硝酸鋁、硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銀、硝酸金中的任意一種。
本發(fā)明的有益效果是:采用溶液化學法(溶膠-凝膠法)與機械合金化相結合的方式合成ZnO基和石墨烯納米片的復合納米材料，制備方法簡單易行、反應時間短，成品化學穩(wěn)定性好。
具體實施方式
:下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明實施例1將石墨烯納米片放入85%濃度的硫酸中，在50°C溫度下攪拌8分鐘后過濾洗滌然后干燥，所得樣品在高能球磨機上球磨3小時，轉速為210r/min ;將0.06mol六水硝酸鋅溶入 IOOOml去離子水中，制成溶液I，稱取0.12mol的氫氧化鈉溶于1500ml的去離子水中，配成溶液II，然后將溶液II和0.0048g的處理后的石墨烯納米片在快速旋轉的磁力攪拌器的攪拌下緩慢滴加到溶液I中，得到白色沉淀，滴加完后繼續(xù)攪拌I小時使其反應完全，得到的溶液過濾并用蒸餾水和無水乙醇洗滌3次后，放入恒溫干燥箱中90°C下干燥10小時，干燥后的材料充分研磨后放入馬弗爐在600°C下焙燒3小時，焙燒后的材料在高能球磨機上球磨3小時,球磨速度180r/min,制得成品；實施例2將石墨烯納米片在85%濃度的硫酸50°C溫度下攪拌10分鐘后過濾洗滌然后干燥，所得樣品在高能球磨機上球磨3小時，轉速為180r/min，將0.00486mol硝酸鈷和0.06mol六水硝酸鋅溶入1300ml去離子水中，制成溶液I，稱取0.13mol的氫氧化鈉溶于1600ml的去離子水中，配成溶液II，然后將溶液II和0.0028g的石墨烯納米片在快速旋轉的磁力攪拌器的攪拌下緩慢滴加到溶液I中，得到白色沉淀，滴加完后繼續(xù)攪拌I小時使其反應完全，得到的溶液過濾并用蒸餾水和無水乙醇洗滌2次后，放入恒溫干燥箱中90°C下干燥10小時， 干燥后的材料充分研磨后放入馬弗爐在700°C下焙燒3小時，焙燒后的材料在高能球磨機上球磨3小時,球磨速度200r/min,制得成品；實施例3將石墨烯納米片在85%濃度的硫酸30°C溫度下攪拌10分鐘后過濾洗滌然后干燥，所得樣品在高能球磨機上球磨3小時，轉速為170r/min ;將0.00316mol硝酸銀和0.06mol六水硝酸鋅溶入1250ml去離子水中，制成溶液I，稱取0.125mol的氫氧化鈉溶于1500ml的去離子水中，配成溶液II，然后將溶液II和0.0046g的石墨烯納米片在快速旋轉的磁力攪拌器的攪拌下緩慢滴加到溶液I中，得到白色沉淀，滴加完后繼續(xù)攪拌I小時使其反應完全， 得到的溶液過濾并用蒸餾水和無水乙醇洗滌3次后， 放入恒溫干燥箱中90°C下干燥10h，干燥后的材料充分研磨后放入馬弗爐在800°C下焙燒3小時，焙燒后的材料在高能球磨機上球磨3小時,球磨速度190r/min,制得成品。
對以上實施例得到的成品進行表征分析和性能試驗證明:石墨烯具有較高的電導率并能調節(jié)納米ZnO的能帶結構,納米ZnO具有較高的賽貝克系數(shù),納米ZnO基材料通過合成石墨烯納米片，可顯著增加聲子的界面散射，減少電子-空穴對的復合率， 調節(jié)納米ZnO 的形貌，從而降低納米ZnO的熱導率，提高納米ZnO的光催化效率。
權利要求
1.納米ZnO和石墨烯納米片的復合納米材料的制備方法,其特征在于以溶膠-凝膠法和機械合金化兩者相結合的方式將納米ZnO與石墨烯納米片進行復合制得復合納米材料， 其制備方法按以下步驟:A、將石墨烯納米片加入到濃度為85% 95%的硫酸中，在50°C 60°C溫度下攪拌10 15分鐘，然后過濾、洗滌、干燥，將所得樣品在高能球磨機上球磨3 4小時，利用強酸和高能機械球磨對石墨烯納米片進行前期處理，提高石墨烯納米片的分散性；B、按摩爾比0.1 10%比例將待摻雜離子的硝酸鹽和六水硝酸鋅溶入去離子水中，制成溶液I ;C、將0.02 0.04mol的氫氧化鈉溶于去離子水中配成溶液II，氫氧化鈉和水的質量比為0.5 0.1 ;D、將溶液II和石墨烯納米片在快速旋轉的磁力攪拌器的攪拌下緩慢滴加到溶液I 中，石墨烯與硝酸鋅摩爾比為O 0.1，會產(chǎn)生白色沉淀，滴加完后繼續(xù)攪拌I 2小時使其反應完全；E、將D步驟得到的溶液過濾，得到的固態(tài)產(chǎn)物再用蒸餾水和無水乙醇洗滌2 3次，然后放入恒溫干燥箱中在90 95°C下干燥10 12小時，干燥后的材料充分研磨后放入馬弗爐在500 800°C下焙燒3 4小時；F、將E步驟得到的焙燒產(chǎn)物冷卻后在高能球磨機上球磨3 4小時，球磨速度 150-250r/min,制得納米ZnO基材料和石墨烯納米片的復合納米材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的納米ZnO和石墨烯納米片的復合納米材料的制備方法，其特征在于待摻雜離子的硝酸鹽包括硝酸鋁、硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銀 、硝酸金中的任意一種。
全文摘要
一種納米ZnO基材料和石墨烯納米片的復合納米材料的制備方法，以溶膠-凝膠法和機械合金化兩者相結合的方式將納米ZnO與石墨烯納米片進行復合制得復合納米材料，制備方法簡單易行、反應時間短，成品化學穩(wěn)定性好，石墨烯具有較高的電導率并能調節(jié)納米ZnO的能帶結構，納米ZnO具有較高的賽貝克系數(shù)，納米ZnO基材料通過合成石墨烯納米片，可顯著增加聲子的界面散射，減少電子-空穴對的復合率，調節(jié)納米ZnO的形貌，從而降低納米ZnO的熱導率，提高納米ZnO的光催化效率，待摻雜離子的硝酸鹽包括硝酸鋁、硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銀、硝酸金中的任意一種。
文檔編號B01J23/06GK103252228SQ20131022797
公開日2013年8月21日 申請日期2013年6月8日 優(yōu)先權日2013年6月8日
發(fā)明者吳子華, 謝華清, 徐德善, 虞小波, 許健 申請人:江蘇悅達墨特瑞新材料科技有限公司, 上海悅達墨特瑞新材料科技有限公司