CN102515284A - 一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，包括：(1)将氧化石墨加入去离子水中，超声分散均匀后，加入亚铁盐和添加剂，混合均匀得到溶液A；将NaOH分散于去离子水中，混合均匀得到溶液B；在持续搅拌下，将溶液A和B混合，并滴入活性剂聚乙二醇，然后滴加水合肼至产生黑色沉淀后继续滴加过量水合肼直至没有新的沉淀产生；(2)收集步骤(1)产生的沉淀，用去离子水洗涤后将其重新分散于去离子水中，再加入水合肼得到前躯体分散液；(3)将上述前躯体分散液升温反应后冷却至室温，最后收集、洗涤、干燥，即得。本发明的制备方法简单；本发明的复合粉体的电阻率小、磁化强度高，且Fe3O4晶相纯、不易团聚。

Description

一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯复合粉体的制备领域，特别涉及一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法。
背景技术
石墨烯具有独特的结构和优异的性能，湿化学方法制备石墨烯常用的前躯体氧化石墨烯原料易得，成本较低，并且具有巨大的比表面积和丰富的表面官能团，在经过还原后可与其他无机纳米颗粒复合形成功能化的石墨烯复合材料，在电子器件、储能、生物医学等领域具有很大的应用潜力。因此，近年来关于石墨烯基复合材料的研究成为热点，研究人员发现石墨烯可以显著提高复合材料的力学性能和电学性能并能良好结合复合材料中其他组分的优异性能。F.Gong等在Phys.Chem.Chem.Phys.13(2011)17676-17682上报道了利用层层自组装的方法制备石墨烯/Pt薄膜，在太阳能电池领域具有潜在的应用价值。C.Xu等在J.Solid State Chem.182(2009)2486-2490上报道了利用吸附了氧化石墨的醋酸铜在乙二醇溶剂中制备得到石墨烯/Cu2O复合粉体，是一种良好的可见光催化材料。Z.-S.Wu等在ACS Nano 4(6)(2010)3187-3194上报道了煅烧Co(OH)2/graphene制备Co3O4/graphene复合材料的方法，并将其应用于电池电极。
铁氧体纳米粒子因其具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等物理效应，以及优异的磁性能在高科技领域有着广阔的应用前景。因此，目前关于石墨烯与铁氧体复合材料的研究也备受瞩目。H.P.Cong等在Small 6(2)(2010)169-173上报道了将氧化石墨热还原制备得到石墨烯后再与Fe3O4进行复合制备Fe3O4/石墨烯复合物的方法。M.Zhang等在J.Mater.Chem.20(2010)5538-5543上报道了利用微波热还原制备铁氧体/石墨烯复合材料的方法。W.Shi等在J.Mater.Chem.21(2011)3422-3427上报道了将铁盐与氧化石墨通过溶剂热的方法一步合成Fe3O4/石墨烯复合物。
目前制备Fe3O4/石墨烯复合粉体的方法主要存在以下缺陷：成本较高，产率低，而且所制得的Fe3O4晶体成核、生长过程不易控制。因此寻找一种低成本、高产率制备结晶好的Fe3O4/石墨烯复合材料的方法成为研究的热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，该制备方法简单，产率高，成本低廉，所制备的Fe3O4/石墨烯复合粉体的电阻率小、磁化强度高。
本发明的一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，包括：
(1)在室温下，将氧化石墨加入去离子水中，超声分散均匀后，加入亚铁盐和添加剂，混合均匀得到溶液A；在室温下将NaOH分散于去离子水中，混合均匀得到溶液B；在持续搅拌下，将溶液A和B混合，并滴入活性剂聚乙二醇，然后滴加水合肼至产生黑色沉淀后继续滴加过量水合肼直至没有新的沉淀产生；
(2)收集步骤(1)产生的沉淀，用去离子水洗涤后将其重新分散于去离子水中，再加入水合肼得到前躯体分散液；
(3)将上述前躯体分散液升温至80℃～100℃，反应8～12h，冷却至室温，最后收集、洗涤、干燥，即得石墨烯/Fe3O4复合粉体。
所述步骤(1)中的亚铁盐为四水合氯化亚铁FeCl2·4H2O。
所述步骤(1)中的氧化石墨与亚铁盐的质量比为1∶10～40。
所述步骤(1)中的添加剂为柠檬酸，添加剂与Fe2+的摩尔比为0.20～0.25∶1。
所述步骤(1)中的NaOH与Fe2+的摩尔比为4.8～5.1∶1。
所述步骤(1)中的聚乙二醇的数均分子量为200～1000，添加量为0.1mL。
所述步骤(1)和(2)中水合肼的浓度均为10μL/mL。
所述步骤(2)和(3)中的收集均为用磁铁收集；洗涤均为采用去离子水洗涤。
所述步骤(3)中的干燥为在60℃下真空干燥12h。
本发明可通过调节氧化石墨、铁盐的比例，得到不同组成的Fe3O4/石墨烯复合粉体。
本制备方法分两步在一锅内进行，在碱性环境下，先还原铁盐得到Fe3O4晶核负载的氧化石墨烯，再还原氧化石墨得到Fe3O4/石墨烯复合粉体。
有益效果
(1)本发明的制备方法简单，对生产设备要求低，易于工业化生产；
(2)本发明所制备的Fe3O4/石墨烯复合粉体中Fe3O4晶相纯、不易团聚、与石墨烯复合良好、在石墨烯表面与层中分散性好，复合粉体电阻率小、磁化强度高。
附图说明
图1为合成粉体的场发射扫描电镜照片；
图2为合成粉体的X射线衍射图谱；
图3为合成粉体的磁滞回线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)称取20mg氧化石墨加入20mL去离子水中，超声分散后加入800mgFeCl2·4H2O和169.1mg柠檬酸，混合均匀制得溶液A，称取772.56mgNaOH加入20mL去离子水中，混合均匀制得溶液B。将A、B溶液混合并滴入聚乙二醇200(0.1mL)，滴加水合肼至产生黑色沉淀后继续滴加过量水合肼直至没有新的沉淀产生。
(2)用磁铁收集沉淀，用去离子水洗涤后将其重新分散于去离子水中，并加入水合肼得到前躯体分散液。
(3)将前躯体分散液升温至90℃，反应10h。冷却至室温，用磁铁收集产物，去离子水洗涤后在60℃下真空干燥12h，得到Fe3O4/石墨烯复合粉体。
图1为本实施例合成粉体的场发射扫描电镜照片，可以看出Fe3O4纳米微球由多个Fe3O4纳米晶体组成，在石墨烯表面分散均匀。图2为本实施例合成粉体的X射线衍射图谱，图中的衍射峰表明Fe3O4结晶良好。图3为本实施例合成粉体的磁滞回线图，产物的饱和磁化强度达到72emu/g，具有较高的磁性能。电阻率测试结果表明：该复合粉体的电阻率为1.923Ω/cm，其具有良好的导电性能。
实施例2
(1)称取50mg氧化石墨加入50mL去离子水中，超声分散后加入500mgFeCl2·4H2O和106.25mg柠檬酸，混合均匀制得溶液A，称取500mgNaOH加入50mL去离子水中，混合均匀制得溶液B。将A、B溶液混合并滴入聚乙二醇600(0.1mL)，滴加水合肼至产生黑色沉淀后继续滴加过量水合肼直至没有新的沉淀产生。
(2)用磁铁收集沉淀，用去离子水洗涤后将其重新分散于去离子水中，并加入水合肼得到前躯体分散液。
(3)将前躯体分散液升温至100℃，反应8h。冷却至室温，用磁铁收集产物，去离子水洗涤后在60℃下真空干燥12h，得到Fe3O4/石墨烯复合粉体。
XRD测试结果表明：该复合粉体中的纳米颗粒为Fe3O4。磁滞回线图测试表明：该复合粉体具有良好的磁性能。电阻率测试结果表明：该复合粉体具有良好的导电性能。
实施例3
(1)称取50mg氧化石墨加入50mL去离子水中，超声分散后加入1000mgFeCl2·4H2O和264.23mg柠檬酸，混合均匀制得溶液A，称取1026mgNaOH加入50mL去离子水中，混合均匀制得溶液B。将A、B溶液混合并滴入聚乙二醇活性剂(0.1mL)，滴加水合肼至产生黑色沉淀后继续滴加过量水合肼直至没有新的沉淀产生。
(2)用磁铁收集沉淀，用去离子水洗涤后将其重新分散于去离子水中，并加入水合肼得到前躯体分散液。
(3)将前躯体分散液升温至80℃，反应12h。冷却至室温，用磁铁收集产物，去离子水洗涤后在60℃下真空干燥12h，得到Fe3O4/石墨烯复合粉体。
XRD测试结果表明：该复合粉体中的纳米颗粒为Fe3O4。磁滞回线图测试表明：该复合粉体具有良好的磁性能。电阻率测试结果表明：该复合粉体具有良好的导电性能。

Claims (9)

1.一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，包括：
(1)在室温下，将氧化石墨加入去离子水中，超声分散均匀后，加入亚铁盐和添加剂，混合均匀得到溶液A；在室温下将NaOH分散于去离子水中，混合均匀得到溶液B；在持续搅拌下，将溶液A和B混合，并滴入活性剂聚乙二醇，然后滴加水合肼至产生黑色沉淀后继续滴加过量水合肼直至没有新的沉淀产生；
(2)收集步骤(1)产生的沉淀，用去离子水洗涤后将其重新分散于去离子水中，再加入水合肼得到前躯体分散液；
(3)将上述前躯体分散液升温至80℃～100℃，反应8～12h，冷却至室温，最后收集、洗涤、干燥，即得石墨烯/Fe3O4复合粉体。
2.根据权利要求1所述的一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的亚铁盐为四水合氯化亚铁FeCl2·4H2O。
3.根据权利要求1所述的一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氧化石墨与亚铁盐的质量比为1∶10～40。
4.根据权利要求1所述的一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的添加剂为柠檬酸，添加剂与Fe2+的摩尔比为0.20～0.25∶1。
5.根据权利要求1所述的一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的NaOH与Fe2+的摩尔比为4.8～5.1∶1。
6.根据权利要求1所述的一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的聚乙二醇的数均分子量为200～1000，添加量为0.1mL。
7.根据权利要求1所述的一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)中水合肼的浓度均为10μL/mL。
8.根据权利要求1所述的一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)和(3)中的收集均为用磁铁收集；洗涤均为采用去离子水洗涤。
9.根据权利要求1所述的一种Fe3O4/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的干燥为在60℃下真空干燥12h。
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