CN103030170A

CN103030170A - 一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法

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Publication number: CN103030170A
Application number: CN2013100158608A
Authority: CN
Inventors: 陈刚; 周彦松; 于耀光; 于麒麟; 赵丽宸; 何强
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2013-04-10

Abstract

一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，它涉及一种复合功能材料及制备方法。本发明是要解决现有制备氧化亚铜/还原氧化石墨烯的方法对环境有污染并且合成工艺复杂的问题。制备方法：一、制备氧化石墨烯分散液A；二、制备铜盐与葡萄糖的混合液B；三、制备碱溶液C；四、将A和B混合，得到混合液D，五、将D和C混合，得到混合液E；六、将混合液E放在加热器上进行反应；然后离心、洗涤，吹干即完成。本发明的方法所需时间短，能量消耗小，原料易得，工艺简单，条件温和，对环境无污染。本发明适用于功能材料中的石墨烯基杂化功能化材料领域。

Description

一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合功能材料及制备方法。

背景技术

能源短缺以及环境污染是当今社会发展所面临的两个严峻的问题，而清洁能源的开发以及具有高性能的功能材料如电池电极材料等的使用是解决这些问题的有力途径之一。近年来，科学家经过不懈努力，致力于研究廉价、绿色、高性能的功能材料。在众多的材料中，氧化亚铜(Cu₂O)由于应用广泛、无毒、易得、制备原料来源广等优点，受到了研究者的广泛研究。

氧化亚铜(Cu₂O)作为对环境友好的半导体材料是最先被研究的矿物材料之一。Cu₂O一种直接带隙的p型半导体，禁带宽度为2.16eV。由于Cu2O特殊的电子结构，使得其在能源存储器件如太阳能转化器件、锂离子电池、催化剂以及传感器方面都有着广泛的应用。虽然近年来科学家经过不懈努力，对氧化亚铜进行了大量的研究工作，通过各种手段如调节Cu₂O形貌、纳米化等手段来提高其各方面的性能，但是Cu₂O的性能仍相对较低，仍有较大的提升空间。研究发现，将Cu₂O与石墨烯进行复合，对于其催化性能等有着显著的改善。

近来研究发现，Cu₂O/rGO复合材料在光催化性能、电催化能力以及传感能力等方面都较单纯的Cu₂O性能有着较大的提高。这也意味着Cu₂O/rGO复合材料在各个领域有着广泛的应用。正是如此，通过简单、绿色的化学方法合成Cu₂O与石墨烯均匀复合的Cu₂O/rGO复合材料具有着重要的意义。目前报道的Cu₂O/rGO合成方法中，或采用了复杂的表面活性剂或是使用较复杂的合成工艺有的甚至使用对污染环境的水合肼作为还原剂，因此，Cu₂O/rGO复合功能材料的简单、绿色的合成具有重要意义。

发明内容

本发明是要解决现有制备氧化亚铜/还原氧化石墨烯的方法对环境有污染并且合成工艺复杂的问题，提供了一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法。

本发明的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，是通过以下步骤进行：一、首先称取氧化石墨，加入水，经超声分散0.5～1.5h后得到浓度为0.008～0.012g·ml^-1的氧化石墨烯分散液A；二、称取铜盐以及葡萄糖，溶于去离子水中，得到铜盐与葡萄糖的混合液B，其中铜盐和葡萄糖的摩尔比为1∶(0.5～0.8)，铜盐的终浓度为0.4～0.62mol·L^-1，葡萄糖的终浓度为0.2～0.48mol·L^-1；三、称取碱并将其溶于去离子水中，得到浓度为0.8～1.8mol·L^-1碱溶液C；四、在氧化石墨烯的分散液A静止的条件下，滴加混合液B，并静置25～35min，得到混合液D，其中氧化石墨烯的分散液A与混合液B的体积比为1∶1；五、在混合液D静止的条件下，滴加碱溶液C，静置20～30mim，得到混合液E，其中混合液D和碱溶液C的体积比为2∶1；六、将混合液E放在加热器上，以8～10℃·min^-1加热速率反应20～30min；然后离心、去离子水洗涤3～5次、无水乙醇洗涤1～3次，再在室温下吹干，即得到氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料。

本发明以氧化石墨、铜盐、葡萄糖以及碱作为原料通过简单的液相合成法制备的Cu₂O/rGO复合材料的纯度高且Cu2O与石墨烯均匀的复合在一起，并且所需时间短，能量消耗小，原料易得，工艺简单，条件温和。绿色环保，对环境无污染。

附图说明

图1是试验1制备的氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的XRD图谱；

图2是试验1制备的氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的SEM图谱。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，是通过以下步骤进行：一、首先称取氧化石墨，加入水，经超声分散0.5～1.5h后得到浓度为0.008～0.012g·ml^-1的氧化石墨烯分散液A；二、称取铜盐以及葡萄糖，溶于去离子水中，得到铜盐与葡萄糖的混合液B，其中铜盐和葡萄糖的摩尔比为1∶(0.5～0.8)，铜盐的终浓度为0.4～0.62mol·L^-1，葡萄糖的终浓度为0.2～0.48mol·L^-1；三、称取碱并将其溶于去离子水中，得到浓度为0.8～1.8mol·L^-1碱溶液C；四、在氧化石墨烯的分散液A静止的条件下，滴加混合液B，并静置25～35min，得到混合液D，其中氧化石墨烯的分散液A与混合液B的体积比为1∶1；五、在混合液D静止的条件下，滴加碱溶液C，静置20～30mim，得到混合液E，其中混合液D和碱溶液C的体积比为2∶1；六、将混合液E放在加热器上，以8～10℃·min^-1加热速率反应20～30min；然后离心、去离子水洗涤3～5次、无水乙醇洗涤1～3次，再在室温下吹干，即得到氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料。

本实施方式以氧化石墨、铜盐、葡萄糖以及碱作为原料通过简单的液相合成法制备的Cu₂O/rGO复合材料的纯度高且Cu₂O与石墨烯均匀的复合在一起，并且所需时间短，能量消耗小，原料易得，工艺简单，条件温和。绿色环保，对环境无污染。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同的是：步骤二中的铜盐为一水合醋酸铜、五水硫酸铜、三水和硝酸铜或二水合氯化铜。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同的是：步骤三中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同的是：步骤四中混合液B的滴加速度为4～6mL·min^-1。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同的是：步骤四中静置时间为30min。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点是：步骤五中碱溶液C的滴加速度为3～7mL·min^-1。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一的不同点是：步骤五中静置时间为25min。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一的不同的是：步骤六中以9℃·min-1加热速率反应25min。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一的不同的是：步骤六中去离子水洗涤4次。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一的不同的是：步骤六中无水乙醇洗涤2次。其它与具体实施方式一至九之一相同。

通过以下试验验证本发明的有益效果：

试验1：本试验氧化亚铜/还原氧化石墨烯(Cu₂O/rGO)复合功能材料的制备方法，通过以下步骤进行：一、首先称取0.1g的氧化石墨与干净烧杯中，加入10mL的水，在经超声分散1h后得到氧化石墨烯的分散液A；二、将一水合醋酸铜以及葡萄糖溶于10mL的去离子水中，得到一水合醋酸铜终浓度为0.6mol·L^-1与葡萄糖终浓度为0.3mol·L^-1的混合液B；三、称取氢氧化钠并将其溶于10mL去离子水中，得到1.4mol·L^-1的氢氧化钠水溶液C；四、在氧化石墨烯的分散液A静止的条件下，滴加混合液B，滴加速度为5mL·min^-1，并静置30min，得到混合液D；五、在混合液D静止的条件下，滴加氢氧化钠水溶液C，滴加速度为6mL·min^-1静置25min，得到混合液E；六、将混合液E放在加热器上，以10℃·min^-1加热速率反应25min然后离心、去离子水洗涤4次、无水乙醇洗涤2次，再在室温下吹干，即得到氧化亚铜/还原氧化石墨烯(Cu₂O/rGO)复合功能材料。

对本试验制备的氧化亚铜/还原氧化石墨烯(Cu₂O/rGO)复合功能材料进行XRD测试，结果如图1所示，由图1可知本试验制备的氧化亚铜/还原氧化石墨烯(Cu₂O/rGO)复合功能材料为立方结构的Cu₂O，与标准卡片(PDF#77-0119)能较好的对应，并且没有杂相的存在，纯度高。对本试验制备的氧化亚铜/还原氧化石墨烯(Cu₂O/rGO)复合功能材料进行扫描电镜测试，结果如图2所示，从图2中可以看出氧化亚铜纳米粒子较均匀的分散在了还原氧化石墨烯的表面，从图中还可以看出在还原氧化石墨烯的边缘以及片层上复合有粒径较大的氧化亚铜微球，这可能是由于石墨在氧化过程中产生的缺陷导致的。

Claims

1.一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，其特征在于氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法是通过以下步骤进行：一、首先称取氧化石墨，加入水，经超声分散0.5～1.5h后得到浓度为0.008～0.012g·ml^-1的氧化石墨烯分散液A；二、称取铜盐以及葡萄糖，溶于去离子水中，得到铜盐与葡萄糖的混合液B，其中铜盐和葡萄糖的摩尔比为1∶(0.5～0.8)，铜盐的终浓度为0.4～0.62mol·L^-1，葡萄糖的终浓度为0.2～0.48mol·L^-1；三、称取碱并将其溶于去离子水中，得到浓度为0.8～1.8mol·L^-1碱溶液C；四、在氧化石墨烯的分散液A静止的条件下，滴加混合液B，并静置25～35min，得到混合液D，其中氧化石墨烯的分散液A与混合液B的体积比为1∶1；五、在混合液D静止的条件下，滴加碱溶液C，静置20～30mim，得到混合液E，其中混合液D和碱溶液C的体积比为2∶1；六、将混合液E放在加热器上，以8～10℃·min^-1加热速率反应20～30min；然后离心、去离子水洗涤3～5次、无水乙醇洗涤1～3次，再在室温下吹干，即得到氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料。

2.根据权利要求1所述的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，其特征在于步骤二中的铜盐为一水合醋酸铜、五水硫酸铜、三水和硝酸铜或二水合氯化铜。

3.根据权利要求1所述的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，其特征在于步骤三中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

4.根据权利要求1所述的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，其特征在于步骤四中混合液B的滴加速度为4～6mL·min^-1。

5.根据权利要求1所述的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，其特征在于步骤四中静置时间为30min。

6.根据权利要求1所述的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，其特征在于步骤五中碱溶液C的滴加速度为3～7mL·min^-1。

7.根据权利要求1所述的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，其特征在于步骤五中静置时间为25min。

8.根据权利要求1所述的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，其特征在于步骤六中以9℃·min^-1加热速率反应25min。

9.根据权利要求1所述的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，其特征在于步骤六中去离子水洗涤4次。

10.根据权利要求1所述的一种氧化亚铜/还原氧化石墨烯复合功能材料的制备方法，其特征在于步骤六中无水乙醇洗涤2次。