CN104889417A - 电子束辐照合成纳米银/还原石墨烯复合材料的方法 - Google Patents

电子束辐照合成纳米银/还原石墨烯复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子束辐照合成纳米银/还原石墨烯复合材料的方法，步骤：a.配制成聚乙二醇PEG1500溶液，加入氧化石墨烯，得氧化石墨烯混合溶液；b.配成硝酸银溶液，加氨水，得Ag(NH3)2OH溶液；c.将氧化石墨烯混合溶液与Ag(NH3)2OH溶液按体积比混合，再加入异丙醇，然后置于磁力搅拌器中搅拌，充分混合；d.将混合溶液置于密封容器中，通入氮气，氮气饱和；e.将配制的混合溶液置于电子加速器产生的电子束辐照处理；f.用乙醇洗涤辐照反应生成物，蒸馏水清洗，高速离心分离，得到分离后的生成物；g.将分离的生成物放在真空燥箱干燥，干燥后得到纳米银/还原石墨烯复合材料。该方法中步骤简单，耗时短，还原效率高，反应条件温和，成本低廉；未涉及到还原试剂，对环境友好。

Description

电子束辐照合成纳米银/还原石墨烯复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种电子束辐照合成纳米银/还原石墨烯复合材料的方法，属于辐射化学和石墨烯纳米材料领域。
背景技术
石墨烯因其独特的性质从其被发现开始，就引起了注意，例如石墨烯二维蜂窝碳原子结构，高电子转移速率（200,000 cm2 V− 1 s− 1），较大的理论比表面积（2630 m2/g），优异的化学性能，热性能和机械性能，以及较高的导电率（103–104 S/m）。基于这些独特的性能，石墨烯被认为是一种具有巨大潜力的新型材料，其被广泛应用于许多科技领域，如纳米电子学，储能设备，显示器的透明电极和太阳能电池等。目前，石墨烯的制备方法主要有三种：一是加热碳化硅SiC的方法；二是机械剥离法，几乎所有完美的石墨烯都是利用这种方法制备的；三是化学合成法，这是一种比较温和的合成路线，被多应用于化学和凝聚态物理领域。化学合成法一般是利用强氧化剂将石墨在溶液中氧化，然后利用超声的方法将石墨层剥离，形成石墨烯氧化物，然后再用一些手段将石墨烯氧化物还原、重新组装得到各种石墨烯基材料。目前常使用的氧化石墨烯还原方法为水合肼水溶液还原，或者热解还原的方法制备石墨烯纳米材料，但是，水合肼有剧毒，且其还原时间长(24小时)，工艺效率低，并具有环保方面的问题。热解还原通常也需要较长的还原时间，且其还原效率低。
目前，负载有金属或金属氧化物纳米颗粒的还原石墨烯因其具有良好的光学性能，电化学性能和催化性能而备受关注。银作为一种常用的贵金属材料，具有较强的导电性能，较好的光学性能和杰出的抗菌能力。采用银纳米颗粒修饰的还原石墨烯材料，具有大比表面积和高导电性能，因此该复合材料引起诸多研究者的关注。但目前已报道的纳米银/还原石墨烯复合材料的制备方法，该合成工艺繁琐，且需要用有毒的化学还原剂。
鉴于此，本发明首次采用电子束辐照法合成纳米银/还原石墨烯复合材料，具有制备工艺简单，条件温和，原料价廉易得，不使用化学还原剂，对环境友好等优点。通过该方法制备的石墨烯复合材料中纳米银生长均匀，结晶良好。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、易于控制、对环境友好的电子束辐照合成纳米银/还原石墨烯复合材料的方法。
本发明一种电子束辐照合成纳米银/还原石墨烯复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
a. 首先，用电子天平称取一定量聚乙二醇PEG1500，将聚乙二醇溶于去离子水中，配制成0.10 ～0.30 g/L的PEG1500溶液；然后加入适量氧化石墨烯，上述PEG1500与氧化石墨烯质量浓度比为0.3:1～0.1:1，再将该溶液置于超声振荡器中振荡5～10分钟，使溶液充分混合，制得氧化石墨烯混合溶液；
b．用电子天平称取一定量可溶性硝酸银，将硝酸银溶于去离子水中，配置成0.05 ～0.15 mol/L的硝酸银溶液；向其中加入适量氨水，直到产生沉淀AgOH，而后沉淀又完全消失，制得Ag(NH3)2OH溶液；
c．将步骤a所得氧化石墨烯混合溶液与步骤b所得Ag(NH3)2OH溶液按体积比为80:1～60:1混合，再向该混合溶液中加入50 mL～80 mL异丙醇；然后置于磁力搅拌器中搅拌10～30分钟，使溶液充分混合；
d．将步骤c所得混合溶液置于密封容器中，向其中通入氮气10～30分钟，使溶液中氮气饱和，然后将该密封容器密封；
e．将步骤d中装有配制好的混合溶液的密封容器置于2.5 MeV、40 mA的电子加速器产生的电子束辐照下进行辐照处理，其辐照剂量为210～500 KGy；
f．然后用乙醇洗涤上述经辐照处理后的反应生成物，再用蒸馏水清洗，并在高速离心机中离心分离，反复多次，以除去其中未反应的离子，得到分离后的生成物；
g．将步骤f中分离所得的生成物放在真空干燥箱中干燥，温度为40 oC ～ 80 oC，烘干时间为4～8小时；干燥后，即得到黑色的纳米银/还原石墨烯复合材料。
本发明的特点是：利用电子束辐照，可以同时还原氧化石墨烯以及溶液中的银离子，且由于电子束能量均匀，从而有利于纳米银晶粒的生长。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
本发明工艺步骤简单，耗时短，还原效率高，反应条件温和，成本低廉；工艺过程中未涉及到还原试剂，具有对环境友好的优点。
附图说明
图1为本发明实施例制备得到的纳米银/还原石墨烯复合材料的X衍射（XRD）图；
图2为本实施制备得到的纳米银/还原石墨烯复合材料的扫描电镜（SEM）照片；
图3为本实施制备得到的纳米银/还原石墨烯复合材料的X射线光电子能谱（XPS）图。
具体实施方式
实施例
本发明的电子束辐照合成纳米银/还原石墨烯复合材料的实施例的制备过程和步骤如下：
1. 用电子天平称取一定量聚乙二醇PEG1500，将聚乙二醇加入溶于去离子水中，配制成0.15 g/L的PEG1500溶液；然后加入适量氧化石墨烯，上述PEG1500与氧化石墨烯质量浓度比为0.3:1，再将该溶液置于超声振荡器中振荡10分钟，使溶液充分混合均匀，制得氧化石墨烯混合溶液；
2．用电子天平称取一定量硝酸银，将硝酸银溶于去离子水中，配置成0.10 mol/L的硝酸银溶液；向其中加入适量氨水，直到产生沉淀AgOH， 沉淀后，AgOH消失，制得Ag(NH3)2OH溶液；
3．将步骤1所得氧化石墨烯混合溶液与步骤2所得Ag(NH3)2OH溶液按体积比为80:1混合，再向该混合溶液中加入80 mL异丙醇；然后置于磁力搅拌器中搅拌30分钟，使溶液充分混合均匀；
4．将步骤3所得混合溶液置于密封容器中，向密封容器大大大通入氮气饱和20分钟，然后将该密封容器密封；
5．将步骤4中装有配制好的混合溶液的密封特殊容器置于2.5 MeV、40 mA的电子加速器产生的电子束辐照下进行辐照处理，其辐照剂量为350 KGy；
6．然后用乙醇洗涤上述经辐照处理后的反应生成物，再用蒸馏水清洗，并在高速离心机中离心分离，反复多次，以除去其中未反应的离子，得到分离后的生成物；
7．将步骤f中分离所得的生成物放在真空干燥箱中干燥，温度为80 oC，干燥时间为6小时；烘干后，即得到黑色的纳米银/还原石墨烯复合材料。
为了验证本发明的电子束辐照合成纳米银/还原石墨烯复合材料成功合成，对其结构进行了表征。图1为本实施例所合成的纳米银/还原石墨烯复合材料的X射线衍射图，图中，横轴表示X射线衍射角度（度），纵轴表示X射线衍射强度。图中曲线表示材料的X射线衍射强度特征，图1中出现的（1 1 1）、（2 0 0）、（2 2 0）和（3 1 1）衍射峰为银单质的特征衍射峰，图1的插图为5-30度之间的放大图，图中25度出现的衍射峰为还原石墨烯的特征峰，由图1表明，电子束辐照后氧化石墨烯被和银离子同时被还原，成功合成纳米银/还原石墨烯复合材料。图2为本实施例所合成的纳米银/还原石墨烯复合材料的扫描电镜（SEM）图，图中，可观察到银纳米颗粒均匀的分布在石墨烯片上。图3为本实施例所合成的纳米银/还原石墨烯复合材料的光电子能谱图，图中，横轴表示电子结合能（eV），纵轴表示衍射强度，图中曲线表示材料X射线光电子能谱，出现在284 eV、372 eV和530 eV的三个衍射峰分别表示碳元素，银元素和氧元素，由图3表明，利用电子束辐照法成功合成了纳米银/还原石墨烯复合材料。

Claims (1)

1.一种电子束辐照合成纳米银/还原石墨烯复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
a. 首先，用电子天平称取一定量聚乙二醇PEG1500，将聚乙二醇溶于去离子水中，配制成0.10 ～0.30 g/L的PEG1500溶液；然后加入适量氧化石墨烯，上述PEG1500与氧化石墨烯质量浓度比为0.3:1～0.1:1，再将该溶液置于超声振荡器中振荡5～10分钟，使溶液充分混合，制得氧化石墨烯混合溶液；
b．用电子天平称取一定量可溶性硝酸银，将硝酸银溶于去离子水中，配置成0.05 ～0.15 mol/L的硝酸银溶液；向其中加入适量氨水，直到产生沉淀AgOH，而后沉淀又完全消失，制得Ag(NH3)2OH溶液；
c．将步骤a所得氧化石墨烯混合溶液与步骤b所得Ag(NH3)2OH溶液按体积比为80:1～60:1混合，再向该混合溶液中加入50 mL～80 mL异丙醇；然后置于磁力搅拌器中搅拌10～30分钟，使溶液充分混合；
d．将步骤c所得混合溶液置于密封容器中，向其中通入氮气10～30分钟，使溶液中氮气饱和，然后将该密封容器密封；e．将步骤d中装有配制好的混合溶液的密封容器置于2.5 MeV、40 mA的电子加速器产生的电子束辐照下进行辐照处理，其辐照剂量为210～500 KGy；
f．然后用乙醇洗涤上述经辐照处理后的反应生成物，再用蒸馏水清洗，并在高速离心机中离心分离，反复多次，以除去其中未反应的离子，得到分离后的生成物；
g．将步骤f中分离所得的生成物放在真空干燥箱中干燥，温度为40 oC ～ 80 oC，烘干时间为4～8小时；干燥后，即得到黑色的纳米银/还原石墨烯复合材料。
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