CN102593341B - 一种PbTe/石墨烯纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种PbTe/石墨烯纳米复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102593341B CN102593341B CN201210066468.1A CN201210066468A CN102593341B CN 102593341 B CN102593341 B CN 102593341B CN 201210066468 A CN201210066468 A CN 201210066468A CN 102593341 B CN102593341 B CN 102593341B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pbte
- graphite oxide
- solution
- plumbum
- deionized water
- 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
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 149
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 69
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 11
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 67
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 67
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 41
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 35
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 claims description 86
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 86
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 40
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 18
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910010277 boron hydride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LAJZODKXOMJMPK-UHFFFAOYSA-N tellurium dioxide Chemical compound O=[Te]=O LAJZODKXOMJMPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- SITVSCPRJNYAGV-UHFFFAOYSA-N tellurous acid Chemical compound O[Te](O)=O SITVSCPRJNYAGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical group 0.000 claims 1
- UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N borane Chemical compound B UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 abstract 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 abstract 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 56
- 239000000047 product Substances 0.000 description 41
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 12
- 239000013066 combination product Substances 0.000 description 10
- 229940127555 combination product Drugs 0.000 description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 10
- 229940046892 lead acetate Drugs 0.000 description 9
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 alkali-metal boron hydride Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N lead nitrate Chemical compound [O-][N+](=O)O[Pb]O[N+]([O-])=O RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000005676 thermoelectric effect Effects 0.000 description 1
- 230000005619 thermoelectricity Effects 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种PbTe/石墨烯纳米复合材料及其制备方法。一种PbTe/石墨烯纳米复合材料，其特征是它以Pb的化合物和Te的化合物为原料，按照PbTe的化学计量比分别溶于去离子水，配制成浓度均为0.01～0.1mol/L的含铅溶液和含碲溶液；将氧化石墨溶于去离子水，超声0.5～2h，配置成浓度为0.5～2mg/ml的氧化石墨溶液；向含铅溶液中加入氧化石墨溶液，超声0.5～2h后，再加入含碲溶液，加入强碱调节pH为9～12，加入还原剂，封膜，置于温水浴，60～100℃搅拌反应8～24h，收集产物，经去离子水洗涤，干燥，即得到PbTe/石墨烯纳米复合材料；所述的氧化石墨加入量为PbTe理论质量的1％～30％。本发明具有工艺简单、成本低等优点，所得PbTe颗粒小，尺寸为20～60nm，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种PbTe/石墨烯纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
能源是人类赖以生存和发展的基础。但是随着化石能源等不可再生能源的减少以及全球对能源需求的增加，能源危机有可能成为21世纪的主要危机。寻找和开发新能源材料成为全球科学工作者研究的热点。在现实生活中，有许多被废弃的热能，如汽车尾气排热、工厂废水废气排热等。利用热电材料，我们可以将这些热能利用起来，使其成为可以再次使用的能源。因此，热电材料作为一种利用材料内部载流子的运动来实现热能和电能直接转换的新能源材料，引起了人们广泛的关注。
热电材料的转换效率由材料的热电优值ZT值决定，ZT＝α2σT/κ，其中α是材料的塞贝克系数，σ是材料的电导率，κ是材料的热导率，T为绝对温度。PbTe是IV-VI主族化合物半导体材料，具有较高的熔点(1095K)。其化学键属于金属键类型，具有氯化钠型晶体结构，禁带宽度约为0.3eV。具有各向同性的结构、高的晶体对称性、低的晶格热导率等优点，是一种优良的中温区热电材料。目前商业化应用的PbTe基热电材料ZT值在1左右，离实际应用所需的ZT值还有差距。而提高材料热电优值的途径主要有：(1)掺杂或者固溶，在保证迁移率的同时提高载流子浓度，优化电导率；(2)微米、纳米复合，形成界面，散射声子的同时，保证电子能顺利通过，优化α；(3)引入纳米第二相，降低晶格热导率。至去年以来，复合化成为了热电材料发展的新方向。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。由于其独特的物理性能(室温下即表现出半整数霍尔效应)、高的机械强度(杨氏模量：约1100GPa，断裂强度：约125GPa)、大的比表面积(计算值为2630m2g-1)，高的载流子迁移率(2×105m2V-1s-1)，自2004年被报道以来，已成为国内外研究的热点。以石墨烯为载体的功能材料在光催化、生物传感、电化学储锂、燃料电池、超级电容器等领域具有广泛的应用前景。理论预测，石墨烯本身显示热电效应，如扶手椅式石墨烯的理论热电优值高达5.8。因而若能利用石墨烯的负载特性和高电导率制备出石墨烯-热电复合纳米材料，有望在保持高的电导率的同时，通过引入界面来增加对声子的散射，降低材料的热导率，从而得到高性能的热电材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PbTe/石墨烯纳米复合材料及其制备方法，该方法工艺简单、成本低，适合工业化生产，该方法制备的纳米复合材料的PbTe颗粒小。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种PbTe/石墨烯纳米复合材料，其特征在于：它由含铅溶液与氧化石墨溶液混合后再与含碲溶液混合，加入强碱和还原剂后经去离子水洗涤、干燥而成；含铅溶液和含碲溶液的浓度均为0.01～0.1mol/L，由Pb的化合物和Te的化合物为原料，按照PbTe的化学计量比分别溶于去离子水配制而成；氧化石墨溶液的浓度为0.5～2mg/ml，所述的氧化石墨(GO)加入量为PbTe理论质量的1％～30％；所述的还原剂加入量为下述两部分之和：每摩尔PbTe加入0.8～1.2摩尔还原剂，每克氧化石墨(GO)加入0.2～1摩尔还原剂。强碱的加入量为调节体系pH为9～12。
上述PbTe/石墨烯(rGO)纳米复合材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1.氧化石墨(GO)的制备：
氧化石墨(GO)的原料配备如下：NaNO3、高锰酸钾、石墨粉按照质量比0.3～0.7∶3～4∶1选取，98wt％的浓硫酸与石墨粉按照22～24∶1(ml/g)选取，50～60℃温水与石墨粉按照40～50∶1(ml/g)选取，质量浓度30wt％的双氧水与石墨粉按照4～6∶1(ml/g)选取；
氧化石墨(GO)的制备方法，它包括如下步骤：
1)低温反应阶段，在干燥的反应容器中加入98wt％的浓硫酸，冷却到0～4℃，搅拌中加入石墨粉和NaNO3，搅拌均匀后，缓慢加入高锰酸钾，控制反应温度为0～10℃，搅拌1.5～2h；
2)中温反应阶段，将步骤1)所得溶液置于32～40℃的恒温水浴中，均匀搅拌30～40min；
3)高温反应阶段，向步骤2)所得溶液中缓慢加入50～60℃温水和质量浓度30wt％的双氧水，搅拌15～30min后结束反应，所得产物分别用稀盐酸和去离子水洗涤至没有SO4 2-(用BaCl2溶液检测)，再经冷冻干燥，即得到氧化石墨；
2.复合材料的制备：
1)以Pb的化合物和Te的化合物为原料，按照PbTe的化学计量比分别溶于去离子水，配制成0.01～0.1mol/L的含铅溶液和含碲溶液；
2)称取氧化石墨，溶于去离子水，超声0.5～2h，配置成浓度为0.5～2mg/ml的氧化石墨溶液；
所述的氧化石墨(GO)加入量为步骤1)中PbTe理论质量的1％～30％；
3)向步骤1)所得的含铅溶液中加入步骤2)所得的氧化石墨溶液，超声0.5～2h；
4)将步骤1)所得的含碲溶液加入步骤3)所得的溶液中，加入强碱调节pH为9～12(此处无需精确控制，仅表示碱度范围)，加入还原剂，封膜，置于温水浴，60～100℃搅拌反应8～24h，收集产物，经去离子水洗涤，干燥，即得到PbTe/石墨烯纳米复合材料；
所述的还原剂加入量为下述两部分之和，分别按以下方法确定：每摩尔PbTe加入0.8～1.2摩尔还原剂，每克氧化石墨(GO)加入0.2～1摩尔还原剂。
为了达到更好的效果，优选：
复合材料的制备中的步骤1)中所述的Pb的化合物为Pb的硝酸盐或Pb的醋酸盐。
Te的化合物为碲酸钠、亚碲酸纳或者二氧化碲。
其中，Te的化合物为TeO2时，步骤1)需加入强碱氢氧化钠或氢氧化钾助溶，强碱的添加量按照TeO2与OH-的摩尔比为1∶2计算；步骤4)则不再添加强碱调节PH值。
步骤4)中所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
步骤4)中所述的还原剂是碱金属的硼氢化物，如NaBH4或KBH4。
所述的PbTe/石墨烯纳米复合材料中石墨烯的含量可根据需要通过控制原料氧化石墨的添加量来调整。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用一步法在低温条件下制备PbTe/石墨烯纳米复合材料，具有工艺简单、成本低、周期短、能耗低等优点，适合工业化生产。
2.由于石墨烯的分散和承载作用，所得的PbTe颗粒小，尺寸为20～60nm，这种纳米复合化合物在热电材料领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中步骤4)得到的复合材料的XRD图谱。
图2为实施例1中步骤4)得到的复合材料的Roman图谱。
图3为实施例1中步骤4)得到的复合材料的FESEM图谱。
图4为实施例2中步骤4)得到的复合材料的XRD图谱。
图5为实施例2中步骤4)得到的复合材料的Roman图谱。
图6为实施例2中步骤4)得到的复合材料的FESEM图谱。
图7为实施例3中步骤4)得到的复合材料的XRD图谱。
图8为实施例3中步骤4)得到的复合材料的FESEM图谱。
图9为实施例4中步骤4)得到的复合材料的XRD图谱。
图10为实施例4中步骤4)得到的复合材料的FESEM图谱。
图11为实施例5中步骤4)得到的复合材料的XRD图谱。
图12为实施例5中步骤4)得到的复合材料的FESEM图谱。
图13为实施例6中步骤4)得到的复合材料的XRD图谱。
图14为实施例6中步骤4)得到的复合材料的FESEM图谱。
具体实施方法
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明，但本发明并不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
(1)氧化石墨(GO)的制备：
1)低温反应阶段，在干燥的反应容器中加入98wt％的浓硫酸116ml冷却到0℃，搅拌中加入石墨粉5g和NaNO3 2.5g，拌均匀后，缓慢加入高锰酸钾15g，控制反应温度为0～8℃，搅拌1.5h；
2)中温反应阶段，将上述反应容器置于36℃的恒温水浴中，均匀搅拌30min；
3)高温反应阶段，中温结束之后往容器中缓慢加入50～60℃温水250ml和质量浓度30wt％的双氧水30ml，搅拌反应15min后结束反应，所得产物用分别稀盐酸和去离子水洗涤至没有SO4 2-(用BaCl2溶液检测)，再经冻干燥，即得到氧化石墨。
(2)复合材料的制备：
1)以Pb(CH3COO)2·3H2O和TeO2为原料，醋酸铅溶于去离子水中，配成浓度为0.06mol/L的溶液，TeO2混合0.5gNaOH溶于去离子水配成0.06mol/L溶液；
2)称取101.4mg氧化石墨(GO)，溶于去离子水中，超声30min得到浓度为2mg/ml的氧化石墨溶液；
3)量取50ml步骤1)中的醋酸铅溶液，倒入步骤2)所得的氧化石墨溶液中，将此混合液超声0.5h；
4)量取50ml步骤1)中的含碲溶液，倒入步骤3)所得的混合液中，加入1.48gNaBH4，封膜，置于温水浴80℃反应24h，将产物用去离子水离心洗涤，冷冻干燥，即得PbTe/石墨烯纳米复合材料。
所得产物的XRD图谱如图1所示，其中(a)为氧化石墨(GO)的XRD图谱，(b)为与上述实验步骤一样未复合PbTe得到的石墨烯(rGO)的XRD图谱，(c)为复合产物rGO/PbTe的XRD图谱，其中为了更好的说明产物的物相，还插入了PbTe的标准谱JCPDS：No.65-0470。从(a)到(b)的变化可以看出产物中的氧化石墨实现到石墨烯的转化就是10°的氧化石墨特征峰消失，并且在24°附近出现石墨烯的特征峰。从复合产物的XRD图谱中可以看出所有衍射峰均归与标准谱JCPDS：No.65-0470对应的很好，另外在10°也没有峰出现，而在27.59°的PbTe谱峰出现了很宽的峰肩，这有可能是石墨烯的特征峰与PbTe的峰叠加后导致的。至此从物相我们可以初步判断合成产物为PbTe/石墨烯的复合物。
所得产物的拉曼分析结果如图2所示。其中(a)为氧化石墨，(b)为石墨烯，(c)为PbTe，(d)为PbTe与石墨烯的复合物。从图中可以看出GO与rGO的拉曼光谱特征峰D峰与G峰出现在1200cm-1到1800cm-1之间，PbTe的拉曼光谱特征峰则在100cm-1到800cm-1之间，从氧化石墨到石墨烯，D峰会逐渐增强，G峰逐渐减弱，I(D)/I(G)增大。从复合产物的拉曼图谱可以看出，图中既有PbTe的特征峰，也有石墨烯的特征峰，且I(D)/I(G)的比值比单独的石墨烯中I(D)/I(G)比值大，由此证明了产物就是PbTe/石墨烯的复合物。
图3是产物的FESEM照片，从中可以看出产物为薄纱状物质负载着纳米颗粒，其中薄纱状物质就是石墨烯，颗粒为PbTe，直径为20～60nm，且分布均匀。由此证明本发明得到的产物就是PbTe/石墨烯纳米复合材料。
实施例2：
(1)氧化石墨(GO)的制备：
1)低温反应阶段，在干燥的反应容器中加入98wt％的浓硫酸120ml，冷却到4℃，搅拌中加入石墨粉5g和NaNO3 1.5g，，拌均匀后，缓慢加入高锰酸钾17g，控制反应温度为0～7℃，搅拌2h；
2)中温反应阶段，将上述反应容器置于32℃的恒温水浴中，均匀搅拌30min；
3)高温反应阶段，中温结束之后往容器中缓慢加入50～60℃温水200ml和质量浓度30wt％的双氧水20ml，搅拌反应30min后结束反应，所得产物分别用稀盐酸和去离子水洗涤至没有SO4 2-(用BaCl2溶液检测)，再经冷冻干燥，即得到氧化石墨。
(2)复合材料的制备：
1)以Pb(CH3COO)2·3H2O和TeO2为原料，醋酸铅溶于去离子水中，配成浓度为0.02mol/L的溶液，TeO2混合0.5gNaOH溶于去离子水配成0.02mol/L溶液；
2)称取101.4mgGO，溶于去离子水中，超声1h得到浓度为2mg/ml的氧化石墨溶液；
3)量取50ml步骤1)中的醋酸铅溶液，倒入步骤2)所得的氧化石墨溶液中，将此混合液超声2h；
4)量取50ml步骤1)中的含碲溶液，倒入步骤3)所得的混合液中，加入1.11gNaBH4，封膜，置于温水浴100℃反应8h；将产物用去离子水离心洗涤，冷冻干燥，即得PbTe/石墨烯纳米复合材料。
所得产物的XRD图谱如图4所示，其中(a)为氧化石墨(GO)的XRD图谱，(b)为与上述实验步骤一样未复合PbTe得到的石墨烯(rGO)的XRD图谱，(c)为复合产物rGO/PbTe的XRD图谱，其中为了更好的说明产物的物相，还插入了PbTe的标准谱JCPDS：No.65-0470。从(a)到(b)的变化可以看出产物中的氧化石墨实现到石墨烯的转化就是10°的氧化石墨特征峰消失，并且在24°附近出现石墨烯的特征峰。从复合产物的XRD图谱中可以看出所有衍射峰均归与标准谱JCPDS：No.65-0470对应的很好，另外在10°也没有峰出现，而在27.59°的PbTe谱峰出现了很宽的峰肩，这有可能是石墨烯的特征峰与PbTe的峰叠加后导致的。至此从物相我们可以初步判断合成产物为PbTe/石墨烯的复合物。
所得产物的拉曼分析结果如图5所示。其中(a)为氧化石墨，(b)为石墨烯，(c)为PbTe，(d)为PbTe与石墨烯的复合物。从图中可以看出GO与rGO的拉曼光谱特征峰D峰与G峰出现在1200cm-1到1800cm-1之间，PbTe的拉曼光谱特征峰则在100cm-1到800cm-1之间，从氧化石墨到石墨烯，D峰会逐渐增强，G峰逐渐减弱，I(D)/I(G)增大。从复合产物的拉曼图谱可以看出，图中既有PbTe的特征峰，也有石墨烯的特征峰，由此证明了产物就是PbTe/石墨烯的复合物。但是复合物的拉曼特征峰相比图2来说明显减弱，这一方面是因为实例2中PbTe所占的比例较少，所以PbTe的拉曼谱峰减弱，另一方面可能是实施例2的产物中石墨烯占的比例较多，产物较膨松，导致做拉曼检测时整理峰值都偏小。
图6是产物的FESEM照片，从中可以看出产物为薄纱状物质负载着纳米颗粒，其中薄纱状物质就是石墨烯，颗粒为PbTe，直径为20～60nm，且分布均匀。从图中还可以看出，增大石墨烯的含量，PbTe颗粒的分布有所稀疏，这与理论相符。由此证明本发明得到的产物就是PbTe/石墨烯纳米复合材料。
实施例3：
(1)氧化石墨(GO)的制备：
1)低温反应阶段，在干燥的反应容器中加入98wt％的浓硫酸110ml，冷却到4℃，搅拌中加入石墨粉5g和NaNO3 3.5g，拌均匀后，缓慢加入高锰酸钾20g，控制反应温度为4～10℃，搅拌1.5h；
2)中温反应阶段，将上述反应容器置于40℃的恒温水浴中，均匀搅拌40min；
3)高温反应阶段，中温结束之后往容器中缓慢加入50～60℃温水220ml和质量浓度30wt％的双氧水26ml，搅拌反应20min后结束反应，所得产物分别用稀盐酸和去离子水洗涤至没有SO4 2-(用BaCl2溶液检测)，再经冷冻干燥，即得到氧化石墨。
(2)复合材料的制备：
1)以Pb(NO3)2和TeO2为原料，硝酸铅溶于去离子水中，配成浓度为0.01mol/L的溶液，TeO2混合0.8gKOH溶于去离子水配成0.01mol/L溶液；
2)称取30.7mgGO，溶于去离子水中，超声2h得到浓度为0.6mg/ml的氧化石墨溶液；
3)量取50ml步骤1)中的醋酸铅溶液，倒入步骤2)所得的氧化石墨溶液中，将此混合液超声1h；
4)量取50ml步骤1)中的含碲溶液，倒入步骤3)所得的混合液中，加入0.48g KBH4，封膜，置于温水浴60℃反应24h，将产物用去离子水离心洗涤，冷冻干燥，即得PbTe/石墨烯纳米复合材料。
所得产物的XRD图谱如图7所示，其中(a)为氧化石墨(GO)的XRD图谱，(b)为与上述实验步骤一样未复合PbTe得到的石墨烯(rGO)的XRD图谱，(c)为复合产物rGO/PbTe的XRD图谱，其中为了更好的说明产物的物相，还插入了PbTe的标准谱JCPDS：No.65-0470。从图中可以看出产物为PbTe/石墨烯的复合物。产物的FESEM图片如图8所示，从图中可以看出所得的复合材料为PbTe/石墨烯纳米复合材料，其中PbTe颗粒尺寸呈纳米级，直径为20～60nm，且分布比较均匀。
实施例4：
1)以Pb(NO3)2和NaTeO3为原料，硝酸铅溶于去离子水中，配成浓度为0.1mol/L的溶液，NaTeO3混合溶于去离子水配成0.1mol/L溶液；
2)称取实施例1中所得的氧化石墨202.8mg，溶于100ml去离子水中，超声2h得到浓度为2mg/ml的氧化石墨溶液；
3)量取30ml步骤1)中的硝酸铅溶液，倒入步骤2)所得的氧化石墨溶液中，将此混合液超声：1.5h；
4)量取30ml步骤1)中的含碲溶液，倒入步骤3)所得的混合液中，加入1.95gNaBH4，同时加入0.5gNaOH，封膜，置于温水浴80℃反应12h，将产物用去离子水离心洗涤，冷冻干燥，即得PbTe/石墨烯纳米复合材料。
所得产物的XRD图谱如图9所示，其中(a)为氧化石墨(GO)的XRD图谱，(b)为与上述实验步骤一样未复合PbTe得到的石墨烯(rGO)的XRD图谱，(c)为复合产物rGO/PbTe的XRD图谱，其中为了更好的说明产物的物相，还插入了PbTe的标准谱JCPDS：No.65-0470。从图中可以看出产物为PbTe/石墨烯的复合物。产物的FESEM图片如图10所示，从图中可以看出所得的复合材料为PbTe/石墨烯纳米复合材料，其中PbTe颗粒尺寸呈纳米级，直径为20～60nm，且分布比较均匀。
实施例5：
1)以Pb(CH3COO)2·3H2O和NaTeO4为原料，醋酸铅溶于去离子水中，配成浓度为0.06mol/L的溶液，NaTeO4溶于去离子水配成0.06mol/L溶液；
2)称取实施例2中所得的氧化石墨50.7mg，溶于50ml去离子水中，超声30min得到浓度为1mg/ml的氧化石墨溶液；
3)量取50ml步骤1)中的醋酸铅溶液，倒入步骤2)所得的氧化石墨溶液中，将此混合液超声0.5h；
4)量取50ml步骤1)中的含碲溶液，倒入步骤3)所得的混合液中，加入1.8gNaBH4，0.3gNaOH封膜，置于温水浴80℃反应24h，将产物用去离子水离心洗涤，冷冻干燥，即得PbTe/石墨烯纳米复合材料。
所得产物的XRD图谱如图11所示，其中(a)为氧化石墨(GO)的XRD图谱，(b)为与上述实验步骤一样未复合PbTe得到的石墨烯(rGO)的XRD图谱，(c)为复合产物rGO/PbTe的XRD图谱，其中为了更好的说明产物的物相，还插入了PbTe的标准谱JCPDS：No.65-0470。从图中可以看出产物为PbTe/石墨烯的复合物。产物的FESEM图片如图12所示，从图中可以看出所得的复合材料为PbTe/石墨烯纳米复合材料，其中PbTe颗粒尺寸呈纳米级，直径为20～60nm，且分布比较均匀。
实施例6：
1)以Pb(CH3COO)2·3H2O和TeO2为原料，醋酸铅溶于去离子水中，配成浓度为0.06mol/L的溶液，TeO2混合0.5gNaOH溶于去离子水配成0.06mol/L溶液；
2)称取实施例3中所得的氧化石墨10.4mg，溶于去离子水中，超声30min得到浓度为0.5mg/ml的氧化石墨溶液；
3)量取50ml步骤1)中的醋酸铅溶液，倒入步骤2)所得的氧化石墨溶液中，将此混合液超声0.5h；
4)量取50ml步骤1)中的含碲溶液，倒入步骤3)所得的混合液中，加入1.01gNaBH4，封膜，置于温水浴80℃反应24h，将产物用去离子水离心洗涤，冷冻干燥，即得PbTe/石墨烯纳米复合材料。
所得产物的XRD图谱如图13所示，其中(a)为氧化石墨(GO)的XRD图谱，(b)为与上述实验步骤一样未复合PbTe得到的石墨烯(rGO)的XRD图谱，(c)为复合产物rGO/PbTe的XRD图谱，其中为了更好的说明产物的物相，还插入了PbTe的标准谱JCPDS：No.65-0470。从图中可以看出产物为PbTe/石墨烯的复合物。产物的FESEM图片如图14所示，从图中可以看出所得的复合材料为PbTe/石墨烯纳米复合材料，其中PbTe颗粒尺寸呈纳米级，直径为20～60nm，且分布比较均匀。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (2)
1.PbTe/石墨烯纳米复合材料，其特征在于：它由含铅溶液与氧化石墨溶液混合后再与含碲溶液混合，加入强碱和还原剂后经去离子水洗涤、干燥而成；含铅溶液和含碲溶液的浓度均为0.01～0.1mol/L，由Pb的化合物和Te的化合物为原料，按照PbTe的化学计量比分别溶于去离子水配制而成；氧化石墨溶液的浓度为0.5~2mg/ml，所述的氧化石墨加入量为PbTe理论质量的1%～30%；所述的还原剂加入量为下述两部分之和：每摩尔PbTe加入0.8～1.2摩尔还原剂，每克氧化石墨加入0.2～1摩尔还原剂；
所述的Pb的化合物为Pb的硝酸盐或Pb的醋酸盐，Te的化合物为碲酸钠、亚碲酸纳或者二氧化碲；
所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾；
还原剂是碱金属的硼氢化物。
2.根据权利要求1所述的PbTe/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
氧化石墨的制备：
氧化石墨的原料配备如下：NaNO3、高锰酸钾、石墨粉按照质量比0.3～0.7∶3～4∶1选取，按98wt%的浓硫酸与石墨粉的配比为22～24 ml:1g，选取浓硫酸，50～60℃温水与石墨粉按照40～50 ml:1g选取，质量浓度30wt%的双氧水与石墨粉按照4～6 ml:1g选取；
氧化石墨的制备方法，它包括如下步骤：
1）低温反应阶段，在干燥的反应容器中加入98 wt%的浓硫酸，冷却到0~4℃，搅拌中加入石墨粉和NaNO3，搅拌均匀后，缓慢加入高锰酸钾，控制反应温度为0~10℃，搅拌1.5~2h；
2）中温反应阶段，将步骤1）所得溶液置于32～40℃的恒温水浴中，均匀搅拌30~40min；
3）高温反应阶段，向步骤2）所得溶液中加入50～60℃温水和质量浓度30 wt %的双氧水，搅拌15~30min后结束反应，所得产物分别用稀盐酸和去离子水洗涤至没有SO4 2-，再经冷冻干燥，即得到氧化石墨；
复合材料的制备：
1）以Pb的化合物和Te的化合物为原料，按照PbTe的化学计量比分别溶于去离子水，配制成0.01～0.1mol/L的含铅溶液和0.01～0.1mol/L的含碲溶液；
2）称取氧化石墨，溶于去离子水，超声0.5～2h，配置成浓度为0.5~2mg/ml的氧化石墨溶液；
所述的氧化石墨加入量为步骤1）中PbTe理论质量的1%～30%；
3）向步骤1）所得的含铅溶液中加入步骤2）所得的氧化石墨溶液，超声0.5～2h；
4）将步骤1）所得的含碲溶液加入步骤3）所得的溶液中，加入强碱调节pH为9～12，加入还原剂，封膜，置于温水浴，60～100℃搅拌反应8～24h，收集产物，经去离子水洗涤，干燥，即得到PbTe/石墨烯纳米复合材料；
所述的还原剂加入量为下述两部分之和，分别按以下方法确定：每摩尔PbTe加入0.8～1.2摩尔还原剂，每克氧化石墨加入0.2～1摩尔还原剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210066468.1A CN102593341B (zh) | 2012-03-14 | 2012-03-14 | 一种PbTe/石墨烯纳米复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210066468.1A CN102593341B (zh) | 2012-03-14 | 2012-03-14 | 一种PbTe/石墨烯纳米复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102593341A CN102593341A (zh) | 2012-07-18 |
| CN102593341B true CN102593341B (zh) | 2014-07-02 |
Family
ID=46481725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210066468.1A Expired - Fee Related CN102593341B (zh) | 2012-03-14 | 2012-03-14 | 一种PbTe/石墨烯纳米复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102593341B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102760829B (zh) * | 2012-07-23 | 2014-11-05 | 浙江大学 | PbTe立方颗粒/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
| CN102760827B (zh) * | 2012-07-23 | 2014-09-24 | 浙江大学 | Bi2Te3薄片/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
| CN102910616A (zh) * | 2012-09-24 | 2013-02-06 | 同济大学 | 一步法共还原制备石墨烯/碲化铅纳米复合材料 |
| CN103341358A (zh) * | 2013-07-18 | 2013-10-09 | 北京林业大学 | 一种处理含氯有机废水的催化剂及其制备方法 |
| CN104638099B (zh) * | 2015-03-06 | 2017-04-05 | 华东理工大学 | 一种块状石墨烯/笼合物复合材料及其制备方法 |
| CN105895795B (zh) * | 2016-04-23 | 2018-03-30 | 北京工业大学 | 一种复合硒化锡基热电材料的制备方法 |
| CN107910432A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-04-13 | 上海应用技术大学 | 一种粉末状纳米复合热电材料的制备方法 |
| CN110607466A (zh) * | 2018-06-14 | 2019-12-24 | Bgt材料有限公司 | 石墨烯铅合金的制造方法 |
| CN110449169B (zh) * | 2019-07-04 | 2021-03-12 | 中山大学 | 一种半金属材料Te纳米线/石墨烯水凝胶复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114023942B (zh) * | 2021-11-09 | 2023-05-02 | 赣南科技学院 | 一种还原氧化石墨烯负载FeTe复合材料及其制备方法和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN101913600A (zh) * | 2010-08-27 | 2010-12-15 | 上海交通大学 | 制备石墨烯/半导体量子点复合材料的方法 |
| CN102174702A (zh) * | 2011-01-11 | 2011-09-07 | 湖南大学 | 一种金属纳米粒子-石墨烯复合物的制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8309438B2 (en) * | 2009-03-03 | 2012-11-13 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Synthesizing graphene from metal-carbon solutions using ion implantation |
| KR101267317B1 (ko) * | 2010-04-30 | 2013-05-27 | 연세대학교 산학협력단 | 마이크로웨이브-폴리올 합성법을 이용한 전이금속 산화물/그래핀 복합체 및 이의 제조방법 |
-
2012
- 2012-03-14 CN CN201210066468.1A patent/CN102593341B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN101913600A (zh) * | 2010-08-27 | 2010-12-15 | 上海交通大学 | 制备石墨烯/半导体量子点复合材料的方法 |
| CN102174702A (zh) * | 2011-01-11 | 2011-09-07 | 湖南大学 | 一种金属纳米粒子-石墨烯复合物的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102593341A (zh) | 2012-07-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102593341B (zh) | 一种PbTe/石墨烯纳米复合材料及其制备方法 | |
| Wang et al. | Transition metal carbides in electrocatalytic oxygen evolution reaction | |
| Ye et al. | A review on g-C3N4 for photocatalytic water splitting and CO2 reduction | |
| CN102760827B (zh) | Bi2Te3薄片/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN112774714B (zh) | 一种MgAl LDO/氮空位氮化碳基光催化剂及制备方法与用途 | |
| CN102231436B (zh) | 一种Sn-Sb/石墨烯纳米复合材料的制备方法 | |
| CN102337524B (zh) | 一种铋基硫族化合物热电薄膜的制备方法 | |
| CN101559919A (zh) | 以氧化石墨为原料一步法直接制备石墨烯/硫化镉量子点纳米复合材料的方法 | |
| Weng et al. | MXene-based phase change materials for multi-source driven energy storage, conversion and applications | |
| CN101844797B (zh) | 一种水热合成制备太阳能吸收层材料Cu2ZnSnS4的方法 | |
| NL2030019B1 (en) | MoSe2/DEFECT-RICH ZnIn2S4/CdSe DUAL Z-SCHEME PHOTOCATALYST FOR PHOTOCATALYTIC WATER SPLITTING TO HYDROGEN | |
| CN102760830A (zh) | CoSb3/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN102139915B (zh) | 一种钛酸钙纳米球的制备方法 | |
| CN101723351A (zh) | 一种Bi2Te3/碳纳米管复合材料的制备方法 | |
| CN102225741B (zh) | 含氨的复合离子储氢材料的制备方法 | |
| CN101225548A (zh) | 一种碲化铅纳米线制备方法 | |
| CN102760829A (zh) | PbTe立方颗粒/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 | |
| Wang et al. | A simple route to PVC encapsulated Na2SO4· 10H2O nano/micro-composite with excellent energy storage performance | |
| Muduli et al. | Thermodynamic improvement of lithium hydrides for hydrogen absorption and desorption by incorporation of porous silicon | |
| CN101327915B (zh) | Sb2Te3热电化合物的制备方法 | |
| WO2020042125A1 (zh) | 一种铋酸锂-氧化铋光催化材料及其制备方法 | |
| CN102849780A (zh) | 一种有机弱碱合成ZnO纳米结构的方法 | |
| CN112717958A (zh) | 一种富含氧空位BiOBr/HNb3O8纳米片光催化剂的制备方法与用途 | |
| CN103219515A (zh) | PbSe立方颗粒/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN102774879B (zh) | 一种双相共存的一维结构二氧化锡制备方法 |
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 | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140702 Termination date: 20150314 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |