CN104307516A - 一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法 - Google Patents
一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将一定量的氧化石墨烯和单宁酸加入水中，加热到80℃以上反应一段时间制得单宁酸修饰三维石墨烯，将其沉浸在四氯金酸水溶液中反应一段时间，得到三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料。本发明工艺简单，便于操作，反应条件温和，并且省略了现有技术中常用的有毒有害的还原剂和有机溶剂，绿色环保。而且原料易得，成本低廉，适合大规模工业化生产。该三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料兼具三维石墨烯、单宁酸、金纳米粒子的优点，比表面积大、导电率高、生物相容性好、易于衍生化，可用于催化、传感领域及作为表面增强拉曼基底。
Description
【技术领域】
本发明涉及石墨烯复合材料的制备领域，特别涉及一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法。
【背景技术】
石墨烯是一种新型的二维单原子片层碳纳米材料，具有超薄、超硬、大的比表面积和优异的导电性等特性，最近几年收到广泛关注和研究。然而由于石墨烯片层之间强的π-π相互作用，在石墨烯的制备和使用过程中极易发生石墨烯纳米片的堆叠，实际比表面积远远低于预期的理论值，造成性能下降。相比之下，三维石墨烯材料(水凝胶、气凝胶)由于具有大量微米级及纳米级的孔洞的存在在石墨烯纳米片间形成有效间隔，因而具有高的比表面积和孔隙率，同时还具有密度低，机械强度高，化学稳定性好，在超电容、储存材料、二次电池、传感器、新型催化和吸附等领域具有重要的潜在应用价值。
金纳米粒子(Gold nanoparticles，Au NPs)以其独特的物理化学性质在光催化、微电极反应、催化工业以及生物工程及医药等领域吸引着广大科研工作者的兴趣，为现代纳米技术领域带来了很多惊喜。将纳米金和三维石墨烯复合在一起不仅能结合出金纳米粒子和石墨烯的优异性能，还可能表现出由薄层碳原子平面和金纳米粒子的协同效应而产生的一些新性质。现有制备三维石墨烯-纳米金的技术中，无论是三维石墨烯的合成还是将金属离子还原为金纳米粒子，都需要用到水合肼、硼氢化钠之类的还原剂，这些还原剂毒性都比较大，不符合绿色环保的理念，还需要额外加入表面修饰剂或者稳定剂来防止纳米金的聚集，而且往往采取水热法，反应温度比较高。因此，迫切需要一种能够制备三维石墨烯-纳米金的简单方法。
单宁酸是一种多酚化合物，广泛存在于柿子、茶叶、咖啡、石榴等植物组织中，来源广泛，价格便宜。其结构上含有大量的酚羟基基团，具有很好的还原性能。
【发明内容】
本发明提供了一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法，该方法工艺简单，反应条件较温和，并且省略了现有技术中常用的有毒有害的还原剂，原料易得，成本低廉，适合低成本、大规模工业化生产。
一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)前驱体溶液的配置
在室温下，将一定量的氧化石墨烯和单宁酸加入水中，超声分散形成前驱体溶液；
(2)复合水凝胶的合成
在不搅拌的情况下，将前驱体溶液加热到80℃以上反应一段时间，反应结束后，冷却至室温，得到单宁酸修饰三维石墨烯。
(3)将单宁酸修饰三维石墨烯沉浸在四氯金酸水溶液中反应一段时间，反应完全后，制得三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料。
步骤(1)中氧化石墨烯的浓度为0.5～4mg/mL，单宁酸的浓度为0.5～8mg/mL。
步骤(1)中超声分散形成前驱体溶液中，超声功率为200～400W，超声时间为30min～60min。
步骤(2)中加热反应温度为80℃～100℃，反应时间为6～16h。
步骤(3)中四氯金酸水溶液的浓度为0.01～2％。
步骤(3)中单宁酸修饰三维石墨烯沉浸在四氯金酸水溶液中的时间为0.5～10h。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)生物质单宁酸同时作为石墨烯和纳米金的还原剂，省略了现有技术中常用的有毒有害还原剂，复合绿色环保的理念。
(2)除了充当还原剂，单宁酸还能充当纳米金的稳定剂，防止其聚集。另外单宁酸充当了三维石墨烯和纳米金之间的桥梁，使原位还原得到的金纳米粒子能够牢固的固定在石墨烯表面，有效地防止了金纳米粒子的脱落。
(3)本发明反应条件较温和，工艺简单，便于操作，原料成本低廉易得，适合大规模生产。
(4)所得三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料兼具三维石墨烯、单宁酸、金纳米粒子的优点，比表面积大、导电率高、生物相容性好、易于衍生化，可用于催化、传感领域及作为表面增强拉曼基底。
【附图说明】
图1为实施例1制备的三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的宏观照片。
图2为实施例1制备的三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的透射电子显微镜(TEM)图。
图3为实施例1制备的三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的X射线衍射图谱(XRD)。
【具体实施方式】
下面通过实施例，对本发明进行进一步的说明。
实施例1：
称取50mg氧化石墨烯、100mg单宁酸加入50mL去离子水，在200W功率下超声分散1h得到前驱体溶液。将上述前驱体溶液升温至90℃反应10h。反应结束后取出单宁酸修饰的三维石墨烯将其放入到0.05％的氯金酸溶液中浸泡10h，取出即得到三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料。
实施例2：
称取50mg氧化石墨烯、200mg单宁酸加入50mL去离子水，在400W功率下超声分散0.5h得到前驱体溶液。将上述前驱体溶液升温至85℃反应12h。反应结束后取出单宁酸修饰的三维石墨烯将其放入到0.5％的氯金酸溶液中浸泡6h，取出即得到三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料。
实施例3：
称取50mg氧化石墨烯、100mg单宁酸加入25mL去离子水，在200W功率下超声分散1h得到前驱体溶液。将上述前驱体溶液升温至95℃反应8h。反应结束后取出单宁酸修饰的三维石墨烯将其放入到1.5％的氯金酸溶液中浸泡4h，取出即得到三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料。
Claims (6)
1.一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在室温下，将一定量的氧化石墨烯和单宁酸加入水中，超声分散形成前驱体溶液；
(2)在不搅拌的情况下，将前驱体溶液加热到80℃以上反应一段时间，反应结束后，冷却至室温，得到单宁酸修饰三维石墨烯；
(3)将单宁酸修饰三维石墨烯沉浸在四氯金酸水溶液中反应一段时间，反应完全后，制得三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中氧化石墨烯的浓度为0.5～4mg/mL，单宁酸的浓度为0.5～8mg/mL。
3.根据权利要求1所述的一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中超声分散形成前驱体溶液中，超声功率为200～400W，超声时间为30min～60min。
4.根据权利要求1所述的一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中加热反应温度为80℃～100℃，反应时间为6～16h。
5.根据权利要求1所述的一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中四氯金酸水溶液的浓度为0.01～2％。
6.根据权利要求1所述的一种三维石墨烯-单宁酸-纳米金复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中单宁酸修饰三维石墨烯沉浸在四氯金酸水溶液中的时间为0.5～10h。
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