CN102136306B - Ag/石墨烯纳米导电复合材料及其制备方法 - Google Patents

Ag/石墨烯纳米导电复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102136306B
CN102136306B CN2010105427378A CN201010542737A CN102136306B CN 102136306 B CN102136306 B CN 102136306B CN 2010105427378 A CN2010105427378 A CN 2010105427378A CN 201010542737 A CN201010542737 A CN 201010542737A CN 102136306 B CN102136306 B CN 102136306B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
composite material
compound material
conductive compound
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2010105427378A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102136306A (zh
Inventor
莫尊理
刘鹏伟
赵永霞
郭瑞斌
冯超
邓哲鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwest Normal University
Original Assignee
Northwest Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwest Normal University filed Critical Northwest Normal University
Priority to CN2010105427378A priority Critical patent/CN102136306B/zh
Publication of CN102136306A publication Critical patent/CN102136306A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102136306B publication Critical patent/CN102136306B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种纳米银粒子/石墨烯新型导电复合材料，属于复合材料技术领域。本发明将氧化石墨在水中超声分散1～2小时，加入硝酸银固体，继续超声25～30min，升温至70～80℃，加入硼氢化钠回流反应1～2小时，趁热过滤，洗涤，干燥，研磨，得到Ag/石墨烯纳米导电复合材料。本发明采用“一步”还原法制备了Ag/石墨烯纳米导电复合材料，其工艺简单，操作方便，反应条件温和，生产效率高；制备的导电复合材料中，纳米银粒子均匀地吸附在石墨烯的边缘，形成了Ag与石墨烯相互交替的导电网络，改善了纳米Ag粒子的分散性，有效提高了石墨烯的热稳定性和导电性，具有良好的工业化生产前景。

Description

Ag/石墨烯纳米导电复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种贵金属纳米粒子/石墨烯纳米导电复合材料，尤其涉及一种以石墨烯为主体，以纳米银粒子为掺杂相的导电复合材料。本发明同时还涉及该Ag/石墨烯纳米导电复合材料的制备方法。
背景技术
2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆(Andre K.Geim)研究小组发现并成功制备出了石墨烯，从此拉开了二维碳质材料研究的序幕，引起了全球新的研究热潮。
纳米级粒子具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而展现出许多特有的性质，在导电、催化、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景。但是，当粒子尺寸进入纳米级时，由于纳米级粒子存在大的比表面积，容易发生局部团聚，严重制约了纳米粒子的性能。
石墨烯是拥有sp2杂化轨道的二维碳原子晶体，碳原子排列与石墨的单原子层一样，是目前世界上最薄的单原子厚度的碳质新材料，厚度只有0.355nm，仅为头发的20万分之一，是构建其他维数炭质材料的基础。二维石墨烯材料中的电子行为与三维材料截然不同，无法用传统的量子力学加以解释，而必须运用更为复杂的相对论量子力学来阐释，也就是说石墨烯中的电子(或称为“载荷子”)的性质和相对论性的中微子非常相似。这也就是其电子的运动速度达到光速的1/300的原因。重要的是，石墨烯独特的蜂窝状结构以及其光通透性能，使其成为新型材料制备的基体。氧化后的石墨烯，其表面存在的大量含氧基团，为其它粒子的结合提供了有效位点；石墨烯当中又有富含电子的π-π共轭作用，为金属粒子的静电吸附提供了可能。当纳米级粒子与石墨烯复合时，这些位点及这种吸附就能有效地阻止纳米级粒子的团聚。因此，以石墨烯为基体的二相和三相材料应运而生，为多功能材料的发展开辟了新的领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种Ag/石墨烯纳米导电复合材料。
本发明的另一目的是提供一种Ag/石墨烯纳米导电复合材料的制备方法。
本发明Ag/石墨烯纳米导电复合材料的制备方法，是将氧化石墨在水中超声分1～2小时，加入硝酸银固体，继续超声25～30min，升温至70～80℃，加入硼氢化钠回流反应1～2小时，趁热过滤，洗涤，干燥，研磨，得到Ag/石墨烯纳米导电复合材料。
所述氧化石墨与硝酸银固体的质量比为1∶0.01～1∶0.12。
所述硼氢化钠与氧化石墨的质量比为1∶0.15～1∶0.05。
本发明的Ag/石墨烯纳米导电复合材料中，纳米银粒子均匀分散于石墨烯中，并与石墨烯形成了导电网络。
复合材料中纳米银粒子与石墨烯的质量比为1∶100～1∶10，复合材料的导电率为1.61～2.89S/cm。
所述纳米银粒子的粒径为6～7nm；石墨烯的厚度为0.8～1nm。
下面通过FT-IR光谱图、TEM电镜、SEM电镜、TG曲线对本发明制备的Ag/石墨烯纳米导电复合材料的结构和性能进行表征和测试。
1、FT-IR谱图分析
图1是石墨、氧化石墨、石墨烯、Ag/石墨烯纳米复合材料的FT-IR谱图。其中，(a)为石墨图谱，(b)为氧化石墨图谱，图(c)是石墨烯的谱图，(d)是Ag/石墨烯纳米复合材料的图谱。图(b)中，1055cm-1为C-O的伸缩振动峰，1404cm-1为-OH的面内弯曲振动峰，1728cm-1为羧基中C＝O的伸缩振动峰，3440cm-1为-OH的伸缩振动峰。图(c)的谱图与图(a)的谱图基本一致，这说明还原得到的石墨烯，基本恢复了原来的共轭结构。通过比较，发现图复合材料的谱图与石墨烯的基本一致，说明在复合过程中，纳米Ag粒子与石墨烯没有形成化学键，故没有出现新的基团的特征吸收峰，也没有基团峰的移动，这就表明纳米Ag粒子与石墨烯之间的相互作用是物理吸附。
2.电镜分析
图2是石墨烯的TEM照片。可以看出光能部分透过它的片层，说明石墨烯在厚度方向上很薄。同时还可观察到石墨烯片层各部分区域颜色深浅不一，透光性不尽相同，片层上端颜色明显较下端浅，这说明制得的石墨烯不全是单片层结构，而是由几个单片层叠加而成。
图3是Ag/石墨烯的TEM照片。其中的黑色点状颗粒为纳米银粒子。从图中可以清晰地看到纳米银粒子粒径均匀，并且十分均匀的分散在石墨烯当中。测得纳米银粒子的粒径为6～7nm。
图4是Ag/石墨烯的SEM照片。米粒状的颗粒为Ag纳米颗粒，片状物为石墨烯薄片，图中可以清楚地看到Ag纳米颗粒均匀地吸附在石墨烯的边缘，将石墨烯薄片连接成膜，而在石墨烯的表面并没有包覆Ag纳米颗粒，这就说明，在石墨烯边缘上，石墨烯与Ag纳米粒子存在物理吸附，这种吸附可能是石墨烯的π-π共轭与Ag粒子之间的静电作用。这一结论与FT-IR分析结果一致。
3.热重分析
图5为氧化石墨、石墨烯、Ag/石墨烯复合材料的TG曲线。
图5(a)为氧化石墨的TG曲线，存在3个热重损失阶段：第一阶段为氧化石墨表面水分蒸发的阶段，温度为20～190℃，此阶段的失重率主要与物料的干燥程度有关；第二阶段是氧化石墨急剧失重的阶段，温度为200～500℃，此阶段氧化石墨表面的官能团开始分解，它是热分解的主要阶段；第三阶段为氧化石墨碳骨架逐渐分解的过程，温度为500～600℃。
图5(b)为石墨烯的TG曲线，该过程也可分为3个阶段：第一阶段为石墨烯表面水分蒸发的阶段，温度为20～100℃；第二阶段是石墨烯的缓慢失重的阶段，温度为100℃～400℃，这一阶段失重并不明显，引起失重的原因可能是石墨烯在制备过程中的一些杂质分解所引起的；第三阶段失重比较明显，温度为400～700℃，这一阶段的失重主要是由于残留在石墨烯表面的一些有机官能团发生分解所引起的。
图5(c)为复合物的TG曲线，从图中可以看出，复合物在温度为20～180℃过程中的失重是复合物表面的水分蒸发引起的，在180～650℃温度范围内，引起失重的原因可能是Ag/石墨烯当中的一些杂质燃烧，而650℃之后的失重是石墨烯表面的一些有机官能团分解的结果。
TG分析表明，石墨烯比氧化石墨稳定性要高，Ag/石墨烯复合材料与石墨烯相比热稳定性明显提高，说明纳米Ag粒子有效地吸附到石墨烯边缘，可能阻止了其边缘残基的分解。
4.导电性能的分析
图6为不同的Ag含量的Ag/石墨烯纳米复合材料的电导率，随着Ag含量从0增加到10％，Ag/石墨烯纳米复合材料的电导率从1.55S/cm提高到2.89S/cm。当Ag含量较低时，复合材料的导电率的提高并不是很明显，但是当Ag的含量进一步增加到5.0％，复合材料的电导率有了大幅度提高。这可能是由于当Ag的含量不大时，Ag与石墨烯之间的静电相互作用很小，不能使其形成有效的导电网络。随着Ag含量的不断增加，Ag与石墨烯之间的静电相互作用增强，这样就形式了致密有效的Ag-石墨烯导电网络，电子通过Ag粒子与石墨烯的π-π共轭作用交替传输，极大地提高了导电效率。
纵上所述，本发明制备的Ag/石墨烯纳米导电复合材料中，纳米银粒子均匀地吸附在石墨烯的边缘，形成了Ag与石墨烯相互交替的导电网络。两相间的成功复合，改善了纳米Ag粒子的分散性，有效提高了石墨烯的热稳定性和导电性。
本发明将前躯体氧化石墨和硝酸银以一定比例超声混合，硼氢化钠作为还原剂，采用“一步”还原法制备了Ag/石墨烯纳米导电复合材料，其工艺简单，操作方便，反应条件温和，生产效率高，具有良好的工业化生产前景。
附图说明
图1为石墨、氧化石墨、石墨烯、Ag/石墨烯复合材料的FT-IR谱图
(a)——石墨    (b)——氧化石墨    (c)——石墨烯
(d)——Ag/石墨烯复合物
图2为石墨烯的TEM图
图3为Ag/石墨烯复合材料的TEM图
图4为Ag/石墨烯复合材料的SEM图
图5为氧化石墨、石墨烯、Ag/石墨烯复合材料的TG分析图
(a)——氧化石墨    (b)——石墨烯    (c)——Ag/石墨烯
图6为Ag粒子的含量对Ag/石墨烯复合材料导电率的影响
具体实施方式
实施例1
(1)氧化石墨的制备：将1g 200目石墨粉在搅拌下缓慢加入到装有23ml浓硫酸的500ml的烧杯中，温度维持在0℃，再缓慢加入0.5g硝酸钠与3g高锰酸钾的混合物，在0℃下搅拌反应2h，之后再35℃的恒温水浴中，搅拌下保温30min，缓慢加入46ml水，使温度上升至98℃，在此温度下维持15min；用温水稀释到140ml，倒入一定量的H2O2，这时溶液颜色变为亮黄色，趁热过滤，用5％的HCl充分洗涤滤饼，直至滤液中无SO4 2-(用BaCl2溶液检测)，于50℃无水CaCl2存在下于真空干燥24h，研磨得到氧化石墨粉末。
(2)将上述制备的150mg氧化石墨加入到150ml蒸馏水中，超声分散1h，再向其中加入0.0024g AgNO3，继续超声30min。于80℃水浴条件下，搅拌加入1.5g NaBH4，回流反应2h。将反应物趁热抽滤，洗涤至滤液为中性后，产物在35℃下鼓风干燥24h，研磨，得目标产物——Ag/石墨烯纳米导电复合材料。
Ag/石墨烯纳米导电复合材料的导电率为1.61S/cm。
实施例2
(1)氧化石墨的制备同实施例1。
(2)将上述制备的150mg氧化石墨加入到150ml蒸馏水中，超声分散1h，再向其中加入0.0071g AgNO3，继续超声30min。于80℃水浴条件下，搅拌加入1.5g NaBH4，回流反应2h。将反应物趁热抽滤，洗涤至滤液为中性后，产物在35℃下鼓风干燥24h，研磨，得目标产物——Ag/石墨烯纳米导电复合材料。
Ag/石墨烯纳米导电复合材料的导电率为1.64S/cm。
实施例3
(1)氧化石墨的制备同实施例1。
(2)将上述制备的150mg氧化石墨加入到150ml蒸馏水中，超声分散1h，再向其中加入0.0120g AgNO3，继续超声30min。于80℃水浴条件下，搅拌加入1.5g NaBH4，回流反应2h。将反应物趁热抽滤，洗涤至滤液为中性后，产物在35℃下鼓风干燥24h，研磨，得目标产物——Ag/石墨烯纳米导电复合材料。
Ag/石墨烯纳米导电复合材料的导电率为1.73S/cm。
实施例4
(1)氧化石墨的制备同实施例1。
(2)将上述制备的150mg氧化石墨加入到150ml蒸馏水中，超声分散1h，再向其中加入0.0189g AgNO3，继续超声30min。于80℃水浴条件下，搅拌加入1.5g NaBH4，回流反应2h。将反应物趁热抽滤，洗涤至滤液为中性后，产物在35℃下鼓风干燥24h，研磨，得目标产物——Ag/石墨烯纳米导电复合材料。
Ag/石墨烯纳米导电复合材料的导电率为2.41S/cm。
实施例5
(1)氧化石墨的制备同实施例1。
(2)将上述制备的150mg氧化石墨加入到150ml蒸馏水中，超声分散1h，再向其中加入0.0240g AgNO3，继续超声30min。于80℃水浴条件下，搅拌加入1.5g NaBH4，回流反应2h。将反应物趁热抽滤，洗涤至滤液为中性后，产物在35℃下鼓风干燥24h，研磨，得目标产物——Ag/石墨烯纳米导电复合材料。
Ag/石墨烯纳米导电复合材料的导电率为2.89S/cm。

Claims (3)

1.一种Ag/石墨烯纳米导电复合材料的制备方法，其特征在于：将氧化石墨在水中超声分散1～2小时，加入硝酸银固体，继续超声25～30min，升温至70～80℃，加入硼氢化钠回流反应1～2小时，趁热过滤，洗涤，干燥，研磨，得到Ag/石墨烯纳米导电复合材料。
2.如权利要求1所述Ag/石墨烯纳米导电复合材料的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨与硝酸银固体的质量比为1∶0.01～1∶0.12。
3.如权利要求1所述Ag/石墨烯纳米导电复合材料的制备方法，其特征在于：所述硼氢化钠与氧化石墨的质量比为1∶0.08～1∶0.12。
CN2010105427378A 2010-11-10 2010-11-10 Ag/石墨烯纳米导电复合材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN102136306B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010105427378A CN102136306B (zh) 2010-11-10 2010-11-10 Ag/石墨烯纳米导电复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010105427378A CN102136306B (zh) 2010-11-10 2010-11-10 Ag/石墨烯纳米导电复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102136306A CN102136306A (zh) 2011-07-27
CN102136306B true CN102136306B (zh) 2012-07-04

Family

ID=44296059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010105427378A Expired - Fee Related CN102136306B (zh) 2010-11-10 2010-11-10 Ag/石墨烯纳米导电复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102136306B (zh)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102515560B (zh) * 2011-12-13 2014-05-28 江苏大学 一种制备石墨烯/Ag复合导电薄膜的方法
CN102581267B (zh) * 2012-01-10 2014-05-21 常州大学 一种银-石墨烯复合材料及便捷生产银-石墨烯复合材料的方法
CN102578145A (zh) * 2012-01-19 2012-07-18 常州大学 一种载银氧化石墨烯抗菌材料的制备方法
CN102610331B (zh) * 2012-04-01 2014-04-23 东华大学 一种银/石墨烯薄膜超级电容器电极材料的制备方法
CN102698747B (zh) * 2012-06-14 2013-10-16 聊城大学 一种银/石墨烯复合材料与应用
CN103014683B (zh) * 2012-12-11 2014-12-10 西安交通大学 一种石墨烯基纳米银复合材料的制备方法
CN103212711B (zh) * 2013-04-07 2015-05-20 北京化工大学 一种高导电性氧化石墨烯的制备方法
CN103198886B (zh) * 2013-04-08 2016-06-15 西南交通大学 一种柔性基底表面透明导电薄膜的制备方法
CN103194061B (zh) * 2013-04-11 2015-05-13 北京化工大学 一种银纳米片-石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN103289138B (zh) * 2013-05-25 2015-03-11 北京化工大学 一种高导电橡胶复合材料及其制备方法
CN103450845B (zh) * 2013-08-28 2015-02-25 张宇 一种吸波材料的制备方法
CN103839605B (zh) * 2014-02-26 2016-04-13 华中科技大学 一种导电浆料及其制备方法和应用
CN103811130B (zh) * 2014-03-05 2017-02-22 电子科技大学 石墨烯复合银浆制备方法及石墨烯复合银浆
CN104217783A (zh) * 2014-09-19 2014-12-17 无锡光富光伏材料有限公司 一种还原氧化石墨烯纳米银浆料、制备方法及其应用
CN104384524B (zh) * 2014-11-19 2017-07-18 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种片状石墨烯单/多负载贵金属纳米粒子的制备方法
CN104409569B (zh) * 2014-11-20 2016-12-07 齐鲁工业大学 三维网络结构石墨烯-银复合材料的绿色制备方法
CN104472542A (zh) * 2014-12-18 2015-04-01 中山大学 一种石墨烯/银/二氧化钛复合材料的制备方法
CN104701554B (zh) * 2015-01-15 2017-02-22 常州大学 一种石墨烯‑金属纳米粒子复合材料的制备方法
CN105044186B (zh) * 2015-06-03 2017-06-30 西北师范大学 一种孔状石墨烯‑辣根过氧化酶修饰玻碳电极的制备方法
CN105062299A (zh) * 2015-07-15 2015-11-18 延平区鑫东来新型导电材料加工厂 一种改性石墨烯导电涂料及其制备方法
CN106903324A (zh) * 2015-12-22 2017-06-30 湖南利德电子浆料股份有限公司 一种石墨烯-纳米银分散液的制备方法
CN105562707B (zh) * 2015-12-23 2018-12-11 陈添乾 银-石墨烯复合材料的制备方法及其用于制备银-石墨烯合金线的应用方法
CN114354717A (zh) * 2022-01-07 2022-04-15 陕西省动物研究所 一种石墨烯-银检测电极材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1725561A (zh) * 2005-07-14 2006-01-25 上海交通大学 纳米碳管复合电接触材料
CN101208793A (zh) * 2005-06-08 2008-06-25 英特尔公司 碳纳米管互连接触
CN101525435A (zh) * 2009-03-20 2009-09-09 西北师范大学 聚苯胺/碳纳米管/纳米银粒子导电复合材料及其制备
CN101696002A (zh) * 2009-10-14 2010-04-21 苏州纳米技术与纳米仿生研究所 石墨烯与半导体纳米颗粒复合体系及其合成方法
CN101857221A (zh) * 2010-05-21 2010-10-13 哈尔滨工业大学 高效率制备石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101208793A (zh) * 2005-06-08 2008-06-25 英特尔公司 碳纳米管互连接触
CN1725561A (zh) * 2005-07-14 2006-01-25 上海交通大学 纳米碳管复合电接触材料
CN101525435A (zh) * 2009-03-20 2009-09-09 西北师范大学 聚苯胺/碳纳米管/纳米银粒子导电复合材料及其制备
CN101696002A (zh) * 2009-10-14 2010-04-21 苏州纳米技术与纳米仿生研究所 石墨烯与半导体纳米颗粒复合体系及其合成方法
CN101857221A (zh) * 2010-05-21 2010-10-13 哈尔滨工业大学 高效率制备石墨烯复合物或氧化石墨烯复合物的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102136306A (zh) 2011-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102136306B (zh) Ag/石墨烯纳米导电复合材料及其制备方法
CN102436862B (zh) 石墨烯/纳米铜导电复合材料的制备方法
CN104150471B (zh) 一种还原氧化石墨烯的方法
CN103449424B (zh) 一种石墨烯和石墨烯基复合材料的低温制备方法
CN100560504C (zh) 片状多孔结构的ZnO纳米粉体的制备方法
CN102153077A (zh) 一种具有高碳氧比的单层石墨烯的制备方法
Wang et al. Hydrothermal synthesis and electrochemical performance of NiO microspheres with different nanoscale building blocks
CN102001651B (zh) 基于羟胺还原的石墨烯制备方法
CN103011151B (zh) 一种利用伽马射线制备石墨烯/镍纳米复合材料的方法
CN104815637A (zh) 水热法制备石墨烯负载花状二氧化钛复合材料的方法
CN104591174B (zh) 一种银纳米晶-多层石墨烯复合材料的制备方法
CN102701192B (zh) 一种单层MoS2与石墨烯复合纳米材料的制备方法
CN105664950B (zh) 一种多孔纳米ZnFe2O4的制备方法
CN102581297A (zh) 基于氧化石墨烯的可控性绿色合成金属纳米材料的方法
CN105585043B (zh) 一种花状纳米氧化铈材料的制备方法
Ni et al. Synthesis of 1D Cu (OH) 2 nanowires and transition to 3D CuO microstructures under ultrasonic irradiation, and their electrochemical property
CN102698666A (zh) 基于红外线辐照的石墨烯/纳米粒子复合材料的制备方法
CN105600828A (zh) 一种多孔纳米CuFe2O4的制备方法
CN104347877A (zh) 一种纳米级石墨烯基复合材料及其制备方法
CN113880876A (zh) 一种自交联石墨烯分散剂及制备方法和纳米碳材料分散液
CN102153065B (zh) 一种金纳米棒-石墨烯复合膜及其制备方法
CN105110384A (zh) 多孔四氧化三钴及其制备方法
CN109822107B (zh) 一种金纳米粒子复合生物质碳材料的制备方法
CN105329932A (zh) 一种规模化制备碳掺杂混合过渡金属氧化物多孔微球的方法
CN102010008B (zh) 二氧化锰-氧化银复合氧化物纳米片及其采用石墨烯为模板制备的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120704

Termination date: 20131110