CN105253896A - 一种石墨烯-4a型分子筛复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯-4A型分子筛复合材料的制备方法。首先用Hummers法制备出氧化石墨，再用热膨胀法制备出石墨烯，再将此石墨烯用硼氢化钠进行二次还原，得到尺寸较小的石墨烯。将铝酸钠和偏硅酸钠按照一定的比例分别溶解于一定量的氢氧化钠水溶液中，再将两溶液混合并加入质量分数为0.4%的上述石墨烯，充分混合后经过100℃晶化4h后，将产物洗涤至PH<9、过滤，在50℃的烘箱中干燥，得到石墨烯-4A型分子筛复合材料。本发明采用原位合成的方法，利用分子筛的框架结构分散固定小片石墨烯，并且分子筛内部还有少许石墨烯量子点，另外还能够负载其他的功能性离子，满足更多的性能需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种框架材料沸石型分子筛和石墨烯的复合材料及其制备方法。属于石墨烯-分子筛复合材料技术领域。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯在很多方面都展现出了优异的性能，例如高的电子迁移率2×105m2/(V·s)、超大的比表面积；且其电阻率只有10-6Ω·cm，比铜或银更低，是目前电阻率最小的材料等，并且当石墨烯的尺寸较小时，其费米能级较高，电子的还原能力会增强，在电池及光催化领域有更广泛的应用。但是在实际应用时，由于纳米效应，石墨烯的片层与片层之间易形成范德瓦耳斯力作用，导致石墨烯极易团聚尤其是小尺寸时，这将严重影响其性能。
分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，是一种框架材料，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。它主要用于各种气体、液体的深度干燥，气体、液体的分离和提纯，催化剂载体等。利用分子筛的框架结构来分散固定石墨烯制备一种特殊的复合材料，这一方面并没有文献和专利的报道。
本专利制备的石墨烯-4A型分子筛复合材料，利用分子筛的框架结构既能够分散固定小片的石墨烯并且还能够负载其他的功能性材料。在解决小片石墨烯团聚情况的条件下还能够根据需要赋予复合材料新的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯-4A型分子筛复合材料；4A型分子筛为硅铝酸钠沸石型骨架结构，它能够分散固定小尺寸的石墨烯，且分子筛内部还有少许石墨烯量子点；另外还可根据性能需求负载其他功能性离子或官能团。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明一种石墨烯-4A型分子筛复合材料的制备方法，其特征在于包括有以下的过程和步骤：
a.石墨烯的制备：利用Hummers法制备出氧化石墨，再用热膨胀法制备出石墨烯；再将此石墨烯用硼氢化钠进行二次化学还原，得到所需的尺寸较小的石墨烯；备用；
b.石墨烯和4A型分子筛复合材料的制备：将铝酸钠和偏硅酸钠按照摩尔比例1:1分别溶解于氢氧化钠水溶液中，再将两溶液混合并加入质量分数为0.4%的步骤a中所得的二次还原石墨烯；充分混合，经过100℃晶化4h后，将产物洗涤至PH<9、过滤，在40~50℃的烘箱中干燥，最终得到石墨烯-4A型分子筛复合材料。
本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
（1）本发明产物为一种新型的催化剂载体，分散固定小尺寸石墨烯增大了该材料的比表面积，因此提高了催化剂载体的负载能力。
（2）制备的复合材料既能分散固定小片的石墨烯还可根据需求负载功能性离子或官能团。
（3）在4A型分子筛中还掺入了少许石墨烯量子点。
（4）步骤简单，原料易得。
附图说明
图1为实施例中得到的石墨烯-4A型分子筛复合材料的扫描电子显微镜照片。
图2为实施例中得到的石墨烯-4A型分子筛复合材料的高分辨透射电子显微镜照片。
图3为实施例中得到的石墨烯-4A型分子筛复合材料的X射线衍射图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步说明：
实施例1
本实施例按以下方法制备石墨烯-4A型分子筛复合材料，其步骤如下所述。
1）石墨烯的制备
以石墨粉为原料，采用Hummers方法获得氧化石墨，再通过管式炉，经过热膨胀制备出石墨烯。再将此石墨烯溶解于体积比为1:1的乙醇与去离子水的混合溶液中，加入质量为石墨烯质量0.125倍的硼氢化钠，将混合物转入高压反应釜中，120℃下反应4h，自然冷却至室温。产物用体积比为1:1的乙醇与去离子水的混合溶液多次洗涤、过滤，在50℃下干燥过夜。
2）石墨烯和A型分子筛复合材料的制备
将0.18075g氢氧化钠溶于40mL去离子水中，搅拌直至全溶，将溶液均分，一份加入2.0645g铝酸钠搅拌至溶液澄清，另一份氢氧化钠溶液加入3.87g偏硅酸钠搅拌至溶液澄清；将加有偏硅酸钠的溶液快速倒入加有铝酸钠的溶液中，直到稠状凝胶生成，搅拌均匀；加入制备好的石墨烯0.02g，再次搅拌均匀；将混合物转入高压反应釜中，100℃下反应4h，自然冷却至室温。产物用去离子水多次洗涤至PH<9、过滤，在50℃下干燥过夜，得到复合材料。复合材料的扫描电子显微镜照片参见图1。由图1的扫描电子显微镜照片可以看出复合材料的形貌特征，小片石墨烯分散固定在分子筛表面。由图2的高分辨透射电子显微镜照片可以看出分子筛内部有石墨烯量子点存在。由图3的XRD谱图分析可知，在4A型分子筛的标准峰中存在石墨烯的峰。
Claims (1)
1.一种石墨烯-4A型分子筛复合材料的制备方法，其特征在于，小片石墨烯分散固定在分子筛表面，且分子筛内部还有少量石墨烯量子点，该方法有以下的过程和步骤：
a.石墨烯的制备：以石墨粉为原料，采用Hummers法制得氧化石墨，热膨胀得到石墨烯；再将经过热膨胀还原的石墨烯用硼氢化钠进行二次化学还原得到所需石墨烯备用；所述硼氢化钠的使用量为所得石墨烯质量的0.125倍；
b.石墨烯和4A型分子筛复合材料的制备：将NaOH，铝酸钠与偏硅酸钠按照按下列摩尔比：3.165Na2O:Al2O3:1.926SiO2:128H2O配置混合溶液，再加入质量分数为0.4%的步骤a中所得的二次还原石墨烯；充分混合，经过100℃晶化4h后，将产物洗涤至PH<9、过滤，在40~50℃的烘箱中干燥，最终得到石墨烯-4A型分子筛复合材料。
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