CN103769602A - 一种超声辅助制备纳米铜/石墨烯复合微粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用超声辅助原位还原技术制备纳米铜/石墨烯复合微粒的方法，步骤如下：（1）将通过Hummers法制备的氧化石墨烯溶液加入到蒸馏水中，在磁力搅拌下加入CuSO4溶液，向上述溶液中缓慢滴加水合肼。（2）升高温度到50-80℃，剧烈搅拌辅以超声分散，反应0.5-10小时，经过滤、洗涤得到目的产物。本发明制备工艺简单，反应介质绿色环保，超声辅助解决了纳米铜在石墨烯纳米片上的分散问题，达到了石墨烯与纳米铜的有效复合，该工艺能够实际应用。
Description
技术领域
本发明属于精细化工领域，具体地讲，本发明涉及一种利用超声辅助原位还原制备纳米铜/石墨烯复合微粒的方法。
背景技术
石墨烯是一种单层二维碳材料，石墨烯中碳原子紧密堆积且具有蜂窝状晶体结构，其晶体薄膜的厚度仅有0.335nm, 是构建碳材料的基本单元[王文荣，周玉修，李铁，王跃林，谢晓明.高质量大面积石墨烯的化学气相沉积制备方法研究，物理学报，2012 (3)，518-524]。石墨烯具有许多优异的物理化学性质，包括其具有超高的强度、导电率、热导率和摩擦学性能[Jinshan Lin, Liwei Wang, Guohua Chen. Modification of Graphene platelets and their tribological properties as a lubricant additive, Tribol. Lett. 2011 (41), 209-215]。Hummer法制备石墨烯是最有可能大规模、低成本制备石墨烯的方法。石墨经氧化以后表面含有大量的羟基、羧基等极性基团，由疏水性变成亲水性[Haojie Song, Na Li, Yanjie Li, Chunying Li, Zhen Wang. Preparation and tribological properties of Graphene/poly (ether ketone) nanocomposites, J. Mater. Sci. 2012(47), 6436-6443]，氧化石墨烯在强还原剂的存在下可以变成石墨烯。人们为了获得综合性能优异的新材料，一般将石墨烯与其他材料复合[Sukeun Park, Seok Kim, Effect of carbon blacks filler addition on electrochemical behaviors of Co3O4/graphene nanosheets as a supercapacitor electrodes, Electrochimica Acta, 89, 2013, 516-522]。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用超声辅助原位还原技术制备纳米铜/石墨烯复合微粒的方法，为通过超声辅助技术原位还原制备纳米铜/石墨烯复合微粒。
本发明通过如下措施来实现：利用超声辅助原位还原技术制备纳米铜/石墨烯复合微粒的方法，步骤如下：
（1）将通过Hummers法制备的氧化石墨烯溶液加入到蒸馏水中，在磁力搅拌下加入CuSO4 溶液，向上述溶液中缓慢滴加水合肼。
（2）升高温度到50-80℃，剧烈搅拌辅以超声分散，反应0.5-10小时，经过滤、洗涤得到目的产物。
所述的方法，优选的方案是，步骤（1）所述蒸馏水（优选一次蒸馏水）的用量是20-80ml（优选的方案是50ml）。
所述的方法，优选的方案是，步骤（1）所述搅拌方式为磁力搅拌，时间为20-60min（优选30min）。
所述的方法，优选的方案是，步骤（1）CuSO4 溶液的浓度为0.1-1.0mol/L，(优选0.2mol/L)。
所述的方法，优选的方案是，步骤（1）水合肼的加入方式为滴加，水合肼的浓度为wt. 85%。
所述的方法，优选的方案是，水合肼的加入量与氧化石墨烯和CuSO4的和之物质的量比为1-8:1（优选4:1）。
所述的方法，优选的方案是，步骤（2）所述超声器的功率60-150Kw, 每次超声时间5-15min，优选6-8min，搅拌超声间隔进行。
所述的方法，优选的方案是，步骤（2）所述反应时间0.5-10小时，优选3小时。
本发明利用超声辅助原位还原技术制备纳米铜/石墨烯复合微粒，通过过滤、洗涤和干燥等得到纳米铜/石墨烯复合微粒。本发明制备工艺简单，反应介质绿色环保，超声辅助解决了纳米铜在石墨烯纳米片上的分散问题，达到了石墨烯与纳米铜的有效复合，该工艺能够实际应用。
与现有技术相比，本发明的技术优势还体现在：
1、本发明所用介质为水，相比于乙醇等有机介质更加绿色，对环境无危害。
2、超声技术的实施使纳米铜边生成边分散，达到了纳米铜的均匀存在。
附图说明
图1是实施例1所得纳米铜/石墨烯复合微粒的TEM照片。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不限于此。
实施例中所用原料皆为市售商品，原料易得。若工业化实施，等比例放大即可。本发明的一般操作：利用利用超声辅助原位还原技术制备纳米铜/石墨烯复合微粒的方法，步骤如下：（1）将通过Hummers法制备的氧化石墨烯溶液加入到蒸馏水中，在剧烈搅拌下加入CuSO4 溶液；在剧烈搅拌下缓慢滴加水合肼。（2）升高温度，保温反应辅以超声技术，经过滤、洗涤、干燥得到目的产物。
实施例1：取2ml Hummers法制备的氧化石墨烯片溶液加入到盛40ml 蒸馏水的烧杯中，剧烈搅拌40min。在剧烈搅拌下加入6ml 浓度为0.2mol/L 的CuSO4溶液，逐滴加入水合肼溶液30ml。升高温度在剧烈搅拌下反应10min，继以在150Kw功率下超声10min，重复操作反应8小时。溶液用布氏漏斗过滤，用蒸馏水和无水乙醇多次洗涤，得到目的产物。
图1是实施例1所得纳米铜/石墨烯复合微粒的TEM照片，由此可以看出，所制备纳米铜的粒径在50nm左右，且为石墨烯所担载。
实施例2：取3ml Hummers法制备的氧化石墨烯片溶液加入到盛40ml 蒸馏水的烧杯中，剧烈搅拌30min。在剧烈搅拌下加入6ml 浓度为0.2mol/L 的CuSO4溶液，逐滴加入水合肼溶液40ml。升高温度在剧烈搅拌下反应10min，继以在150Kw功率下超声5min，重复操作反应6小时。溶液用布氏漏斗过滤，用蒸馏水和无水乙醇多次洗涤，得到目的产物。
实施例3：取2ml Hummers法制备的氧化石墨烯片溶液加入到盛40ml 蒸馏水的烧杯中，剧烈搅拌40min。在剧烈搅拌下加入8ml 浓度为0.2mol/L 的CuSO4溶液，逐滴加入水合肼溶液40ml。升高温度在剧烈搅拌下反应6min，继以在150Kw功率下超声8min，重复操作反应4小时。溶液用布氏漏斗过滤，用蒸馏水和无水乙醇多次洗涤，得到目的产物。
本发明的完成是基于山东省自然科学基金（No：ZR2013EMM010）和国家自然科学基金（No.51172102）。应当指出的是，具体实施方式只是本发明比较有代表性的例子，显然本发明的技术方案不限于上述实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员，以本发明所明确公开的或根据文件的书面描述毫无异议的得到的，均应认为是本专利所要保护的范围。
Claims (9)
1.一种超声辅助制备纳米铜/石墨烯复合微粒的方法，其特征是，步骤如下：
（1）将通过Hummers法制备的氧化石墨烯溶液加入到蒸馏水中，在磁力搅拌下加入CuSO4 溶液，向上述溶液中缓慢滴加水合肼；
（2）升高温度到50-80℃，剧烈搅拌辅以超声分散，反应0.5-10小时，经过滤、洗涤得到目的产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（1）所述蒸馏水的用量是20-80ml（优选的方案是50ml），蒸馏水优选一次蒸馏水。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（1）所述搅拌方式为磁力搅拌，时间为20-60min（优选30min）。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（1）CuSO4 溶液的浓度为0.1-1.0mol/L(优选0.2mol/L)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（1）水合肼的加入方式为滴加，水合肼的浓度为85%。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，水合肼的加入量与氧化石墨烯和CuSO4的和之物质的量比为1-8:1（优选4:1）。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（2）所述超声器的功率60-150Kw, 每次超声时间5-15min，优选6-8min，搅拌超声间隔进行。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（2）所述反应时间0.5-10小时，优选3小时。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，洗涤为分别用蒸馏水和有机溶剂洗涤，蒸馏水优选一次水，有机溶剂优选优选乙醇、丙酮等。
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