CN105274502B - 一种通过γ辐照制备石墨烯基纳米贵金属复合材料的新方法 - Google Patents
一种通过γ辐照制备石墨烯基纳米贵金属复合材料的新方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开的是一种通过γ辐照制备石墨烯基纳米贵金属复合材料的新方法。其内容包括氧化石墨吸附贵金属离子，通过γ辐照来诱导贵金属离子还原，氧化石墨会随着片层间贵金属纳米颗粒的形成和生长逐渐剥离，并且氧化石墨也会在辐照作用下还原，最终获得石墨烯基纳米贵金属复合材料。本发明的优势在于：(1)以氧化石墨为原料，利用贵金属纳米颗粒的形成与生长来剥离氧化石墨，最终得到石墨烯，降低了制备成本；(2)能够实现贵金属与氧化石墨的一步还原，简化了工艺流程；(3)整个制备过程条件温和易调控，安全性高；(4)γ辐照能效高，穿透力强，有利于材料的大批量制备，能够推进石墨烯基纳米贵金属复合材料的工业化进程。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过γ辐照制备石墨烯基纳米贵金属复合材料的新方法。所属技术领域为辐照化学和石墨烯复合材料领域。
背景技术
石墨烯是一种新型的碳纳米材料，具有奇特的导电、光学、热力学性质。基于这些特殊的性质，石墨烯被认为是一种具有巨大潜力的新型材料，能够广泛应用于尖端科技领域。此外，石墨烯的比表面积大，能够大量负载金属协同增强石墨烯的性能。而纳米尺度的贵金属因其突出的催化性能、电学性能、磁性能和光学性能，已经成为纳米科技领域中最富有活力的分支学科之一。采用贵金属纳米颗粒来修饰石墨烯，不仅可以发挥出贵金属纳米颗粒的优异性能，还能克服活性贵金属纳米颗粒易团聚和易氧化的不足。因此，该复合材料引起诸多研究者的关注。
但现阶段制备石墨烯基贵金属纳米颗粒复合材料均以石墨烯或氧化石墨烯作为原材料，用还原剂将负载在石墨烯材料上的贵金属离子还原成贵金属纳米颗粒，再除去石墨烯材料上残余的含氧官能团，最后才能得到石墨烯基的纳米贵金属复合材料。由此可见，现阶段的制备方法存在以下不足：一是以石墨烯或氧化石墨烯作为原材料，使得制备成本居高不下；二是还原贵金属纳米颗粒需要加入高危化学试剂(最常用的还原剂为剧毒的水合肼)，不利于环保；三是制备工艺繁琐且还原效率低，不利于材料大批量的制备。正是这些问题的存在，使得石墨烯基贵金属纳米颗粒复合材料的工业化进程受到了制约。
鉴于此，本发明首次以氧化石墨作为原料，通过γ辐照来诱导贵金属离子还原，氧化石墨会随着片层间贵金属纳米颗粒的形成和生长逐渐剥离，并且氧化石墨也会在辐照作用下还原，最终获得石墨烯基纳米贵金属复合材料。这种方法具有工艺简单，成本低廉，对环境友好，反应高效易控等优点，让石墨烯基贵金属纳米复合材料的工业化生产成为可能。
发明内容
本发明提供的是一种工艺简单，环境友好，成本低廉，能够推进石墨烯基纳米贵金属复合材料工业化生产的新方法。其特征包括以下步骤：
(1)称取一定质量的贵金属络合物溶于去离子水中，配制成合适浓度的贵金属络合物溶液；
(2)把适宜浓度的氧化石墨加入到贵金属络合物溶液中，调节混合溶液的pH值，在磁力搅拌器中搅拌，使氧化石墨吸附贵金属络合物，吸附足够长的时间后，得到吸附饱和的氧化石墨溶液；
(3)向吸附饱和的氧化石墨溶液中加入少量的自由基清除剂，分散均匀后即为预辐照样品；
(4)向预辐照样品中通入惰性气体曝气，一段时间后，在常温下对样品进行γ辐照处理；
(5)辐照反应完后，将样品洗涤分离并冷冻干燥，得到石墨烯基纳米贵金属复合材料。
上述步骤(1)中所述的贵金属为Ag、Au、Pt等贵金属，对应的络合物为Ag(imH)2NO3、[Au(bipy)Cl2]NO3、Pt(NH3)2Cl2等，溶液浓度为0.1～10g/L。
上述步骤(2)中所述的氧化石墨溶液浓度为0.1～10g/L，pH值为9～12，吸附时间为12～24h。
上述步骤(3)中所述的自由基清除剂为乙醇、异丙醇、叔丁醇等醇类中的一种或几种的混合液。自由基清除剂使用的量为总体积的1～10％。
上述步骤(4)中所述的γ辐照的剂量为10～100KGy，剂量率为10～100Gy/min。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明提供的一种通过γ辐照制备石墨烯基纳米贵金属复合材料的方法进行详细说明。
实施例1：
将1g/L的Ag(imH)2NO3溶液与1g/L的氧化石墨溶液等体积混合，用浓度为0.1mol/L的NaOH溶液调节混合溶液的pH值为9，再把混合溶液置于磁力搅拌器中搅拌12小时，使氧化石墨充分吸附Ag(imH)2 +；向混合溶液中加入自由基清除剂，搅拌均匀后转入密闭容器中，经氮气曝气10min后迅速将容器密闭；将盛满溶液的密闭容器在常温下进行γ辐照处理，辐照剂量为20KGy，剂量率为20Gy/min；辐照反应完成后，将样品洗涤分离并进行冷冻干燥，得到负载纳米Ag的石墨烯复合材料。
实施例2：
将5g/L的[Au(bipy)Cl2]NO3溶液与5g/L的氧化石墨溶液等体积混合，用浓度为0.1mol/L的NaOH溶液调节混合溶液的pH值为10，再把混合溶液置于磁力搅拌器中搅拌12小时，使氧化石墨充分吸附[Au(bipy)Cl2]+；向混合溶液中加入自由基清除剂，搅拌均匀后转入密闭容器中，经氩气曝气20min后迅速将容器密闭；将盛满溶液的密闭容器进行γ辐照处理，辐照剂量为60KGy，剂量率为600Gy/min；辐照反应完成后，将样品洗涤分离并进行冷冻干燥，得到负载纳米Au的石墨烯复合材料。
实施例3：
将10g/L的Pt(NH3)2Cl2溶液与10g/L的氧化石墨溶液等体积混合，用浓度为0.1mol/L的NaOH溶液调节混合溶液的pH值为11，再把混合溶液置于磁力搅拌器中搅拌24小时，使氧化石墨充分吸附Pt(NH3)2 2+；向混合溶液中加入自由基清除剂，搅拌均匀后转入密闭容器中，经氩气曝气30min后迅速将容器密闭；将盛满溶液的密闭容器进行γ辐照处理，辐照剂量为100KGy，剂量率为100Gy/min；辐照反应完成后，将样品洗涤分离并进行冷冻干燥，得到负载纳米Pt的石墨烯复合材料。
Claims (5)
1.一种通过γ辐照制备石墨烯基纳米贵金属复合材料的方法。其特征在于，通过γ辐照诱导贵金属离子还原，利用氧化石墨片层间贵金属纳米颗粒的形成和生长来剥离氧化石墨。所述方法包括以下步骤：
(1)称取一定质量的贵金属络合物溶于去离子水中，配制成合适浓度的贵金属络合物溶液；
(2)把适宜浓度的氧化石墨加入到贵金属络合物溶液中，调节混合溶液的pH值，在磁力搅拌器中搅拌，使氧化石墨吸附贵金属络合物，吸附足够长的时间后，得到吸附饱和的氧化石墨溶液；
(3)向吸附饱和的氧化石墨溶液中加入少量的自由基清除剂，分散均匀后即为预辐照样品；
(4)向预辐照样品中通入惰性气体曝气，一段时间后，在常温下对样品进行γ辐照处理；
(5)辐照反应完后，将样品洗涤分离并冷冻干燥，得到石墨烯基纳米贵金属复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的贵金属为Ag、Au、Pt等，对应的络合物为Ag(imH)2NO3、[Au(bipy)Cl2]NO3、Pt(NH3)2Cl2等，溶液浓度为0.1～10g/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：氧化石墨溶液浓度为0.1～10g/L，pH值为9～12，吸附时间为12～24h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：使用的自由基清除剂为乙醇、异丙醇、叔丁醇等醇类中的一种或几种的混合液。自由基清除剂使用的量为总体积的1～10％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：γ辐照的剂量为10～100KGy，剂量率为10～100Gy/min。
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