CN102649089B - 一种纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法 - Google Patents

一种纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括步骤：将单宁酸吸附于氧化石墨烯固体上；在吸附有单宁酸的氧化石墨烯上原位还原纳米金得到所述纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料。根据本发明的方法反应条件温和，省略了现有技术中常用的有毒有害的还原剂，且最终的纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料保持了氧化石墨烯的结构完整性，保留了氧化石墨烯上的各种官能团，便于进一步加以利用。本发明工艺简单，便于操作，原料成本低廉易得，适合低成本、大规模生产。

Description

一种纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米复合材料的制备方法，特别涉及一种纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯，一种新型的二维单原子片层碳纳米材料，它也是零维富勒烯，一维碳纳米管以及三维金刚石和石墨的基本组成材料。自从2004年发现以来，以其独特的结构、电学、热学、光学和机械性能等一系列综合性能吸引了广泛的关注，而迅速成为物理、化学、材料学等领域的研究热点。其中石墨烯复合材料应用领域非常广泛，如石墨烯/金属复合物，其优势在于石墨烯拥有相当大的比表面积，使其成为催化剂载体的理想材料。
金，作为金属，其性质十分稳定。金纳米粒子以其独特的物理化学性质在光学材料、光催化、微电极反应、生物工程及医药、催化工业等领域吸引着广大科研工作者的目光，成为纳米技术中一颗璀璨的明珠，有“绿色纳米技术中的关键元素”之称。纳米金和石墨烯的组合不仅表现出金属纳米粒子的优异性能以及石墨烯的一些良好性能，而且还可能表现出由薄层碳原子平面和金属纳米粒子的协同效应而产生的一些新的特别性质。
目前，关于石墨烯-金纳米复合材料的报道主要基于液相的化学还原法。例如R.Muszynski，B.Seger，P.V.Kamat，Journal of Physical Chemistry C，2008，112，5263，关于金负载的石墨烯的文献中，采用硼氢化钠将氯金酸还原，另外水合肼也是人们常用的还原剂，但是硼氢化钠和水合肼的毒性都比较大，它的引入，使得反应过程不符合绿色环保的科研理念，如何开发新的基于液相的制备方法是研究该复合材料的一个重要方向。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提供一种纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的简单制备方法。
一种纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，所述制备方法的起始原料为氧化石墨烯固体，所述制备方法包括：
(1)单宁酸吸附于氧化石墨烯上；
(2)在吸附有单宁酸的氧化石墨烯上原位还原纳米金；
其中，步骤(1)包括：
(1-1)将一定量的氧化石墨烯固体加入到40毫升超纯水中，超声30-60分钟；
(1-2)上述氧化石墨烯的水悬浮液中加入一定量的单宁酸，搅拌10-30分钟，静置5-7天；
(1-3)将上述混合液离心30-60分钟，去除上清液，沉淀重新溶解于等量的超纯水中；
其中，所述(1-1)中所述的氧化石墨烯的浓度是所述(1-2)中所述的单宁酸的最终浓度的5-10倍。
其中，(1-1)中所述的氧化石墨烯的浓度为0.5-1毫克/毫升。
其中，(1-2)中所述的单宁酸的最终浓度为0.05-0.2毫克/毫升。
其中，步骤(2)包括：
(2-1)将一定量的质量百分含量为1％的氯金酸水溶液一次性加入到上述吸附有单宁酸的氧化石墨烯的水溶液中，室温下搅拌12-24小时；
(2-2)离心收集的沉淀用乙醇和水交替洗涤三次，在纯水中超声30-60分钟后得到纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的水溶液。
其中，(2-1)中所述的氯金酸水溶液中氯金酸溶质的质量是单宁酸质量的0.00025-0.0005倍。
其中，(2-1)中所述氯金酸水溶液的添加量为100-200微升。
根据本发明的方法反应条件温和，省略了现有技术中常用的有毒有害的还原剂，且最终的纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料保持了氧化石墨烯的结构完整性，保留了氧化石墨烯上的各种官能团，便于进一步加以利用。本发明工艺简单，便于操作，原料成本低廉易得，适合低成本、大规模生产。
附图说明
图1为(A)氧化石墨烯及(B)单宁酸+氧化石墨烯的红外吸收光谱图，说明氧化石墨烯并未被单宁酸还原。
图2为制备的纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的紫外吸收光谱图。
图3为制备的纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的透射电镜图像。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。根据本发明的石墨烯复合材料的起始原料为氧化石墨烯。
氧化石墨烯的制备通过本领域技术人员公知的工艺进行制备。根据本发明的优选实施例，通过参考文献Y.Wang，Z.H.Li，D.H.Hu，Journal ofAmerican Chemical Society 2010，132，9274来制备氧化石墨烯固体。具体工艺包括：将天然石墨粉加入到含有过硫酸钾和五氧化二磷的浓硫酸中进行预氧化；将预氧化产物分散于冷浓硫酸中，加入高锰酸钾和一定量的过氧化氢溶液，经过处理得到氧化石墨烯固体。
在本发明的优选实施例中，该氧化石墨烯固体的制备步骤包括：
将10克天然石墨粉加入到含有过硫酸钾(15克)和五氧化二磷(15克)的浓硫酸(60毫升)中，在80℃下反应5小时。将混合物冷却至室温，用大量去离子水稀释后静置过夜，去除上清液，用0.22微米孔的聚偏氟乙烯膜抽滤后将粗产物自然凉干。将2克上述预氧化的石墨分散于150毫升冷浓硫酸中，然后将25克高锰酸钾边搅拌、边加入到上述混合液中，在35℃下反应4小时，冷却至室温，用250毫升去离子水稀释，使体系升温至50℃并保持30分钟，再加入1000毫升去离子水和30毫升30％的过氧化氢溶液。将上述溶液过滤，并用1升1∶10的稀盐酸洗涤去除金属离子，用大量去离子水洗涤去除多余的酸，然后将产物透析4天，配制成0.5毫克/毫升的水溶液，超声处理得棕黄色的单层氧化石墨烯溶液，最后将该溶液抽滤、室温下真空干燥，即得到氧化石墨烯固体。
实施例1
将20毫克上述氧化石墨烯固体分散于40毫升去离子水中，加入2毫克单宁酸固体粉末，超声分散20-40分钟，静置3-5天。离心(15000转/分)30分钟，沉淀重悬于等量的去离子水中，在磁力搅拌下加入100微升1％的氯金酸水溶液，反应30分钟。离心(15000转/分)30分钟，沉淀重悬于去离子水中，得到纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料水溶液。
实施例2
将40毫克上述氧化石墨烯固体分散于40毫升去离子水中，加入4毫克单宁酸固体粉末，超声分散20-40分钟，静置3-5天。离心(15000转/分)30分钟，沉淀重悬于等量的去离子水中，在磁力搅拌下加入200微升1％的氯金酸水溶液，反应30分钟。离心(15000转/分)30分钟，沉淀重悬于去离子水中，得到纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料水溶液。
实施例3
将40毫克上述氧化石墨烯固体分散于40毫升去离子水中，加入8毫克单宁酸固体粉末，超声分散20-40分钟，静置3-5天。离心(15000转/分)30分钟，沉淀重悬于等量的去离子水中，在磁力搅拌下加入200微升1％的氯金酸水溶液，反应30分钟。离心(15000转/分)30分钟，沉淀重悬于去离子水中，得到纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料水溶液。

Claims (7)

1.一种纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将单宁酸吸附于氧化石墨烯固体上；
(2)在吸附有单宁酸的氧化石墨烯固体上原位还原纳米金得到所述纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料；
所述步骤(2)包括：
(2-1)将一定量的质量百分含量为1％的氯金酸水溶液一次性加入到上述吸附有单宁酸的氧化石墨烯的水溶液中，室温下搅拌12-24小时；
(2-2)离心收集的沉淀用乙醇和水交替洗涤三次，在纯水中超声30-60分钟后得到纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的水溶液。
2.如权利要求1所述的纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：
(1-1)将一定量的氧化石墨烯固体加入到40毫升超纯水中，超声30-60分钟形成氧化石墨烯的水悬浮液；
(1-2)上述氧化石墨烯的水悬浮液中加入一定量的单宁酸，搅拌10-30分钟，静置5-7天形成混合液；
(1-3)将上述混合液离心30-60分钟，去除上清液，沉淀重新溶解于等量的超纯水中。
3.如权利要求2所述的纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述(1-1)中所述的氧化石墨烯的浓度是所述(1-2)中所述的单宁酸的最终浓度的5-10倍。
4.如权利要求2所述的纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述(1-1)中所述的氧化石墨烯的浓度为0.5-1毫克/毫升。
5.如权利要求2所述的纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述(1-2)中所述的单宁酸的最终浓度为0.05-0.2毫克/毫升。
6.如权利要求1所述的纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，(2-1)中所述的氯金酸水溶液中氯金酸溶质的质量是单宁酸质量的0.00025-0.0005倍。
7.如权利要求1所述的纳米金-单宁酸-氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，(2-1)中所述氯金酸水溶液的添加量为100-200微升。
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