CN106395804B - “蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于纳米材料与纳米技术领域，具体涉及一种“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料及其制备方法。所述制备方法为：将氧化石墨烯均匀分散在乙二醇中，形成氧化石墨烯‑乙二醇分散液；在氧化石墨烯‑乙二醇分散液中加入硝酸铅粉末，得到硝酸铅‑石墨烯‑乙二醇分散液；将硫化钠溶于乙二醇形成硫化钠‑乙二醇溶液；将硝酸铅‑石墨烯‑乙二醇分散液超声，并向其中逐滴滴加硫化钠‑乙二醇溶液，机械搅拌反应后，得到PbS量子点‑石墨烯分散液；再经离心分离，洗涤，干燥，得到PbS量子点/石墨烯复合材料。本发明制备所得PbS量子点/石墨烯复合材料具有“蚕蛹状”三维结构，量子点颗粒尺寸均匀，室温及低温下对氨气的气敏性能优良。

Description

“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料与纳米技术领域，具体涉及一种“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料及其制备方法。
背景技术
众所周知，氨气在工业生产中会被大量使用，同时对人体及环境都具有一定的危害作用，氨气的泄漏检测就显得尤为重要。目前，主要是通过安装气体检测传感器去实现对氨气泄漏的报警。现阶段的氨气传感器的大部分材料还是以金属半导体氧化物为主，但是其具有工作温度较高，能耗较大，稳定性及安全性较差等缺点。石墨烯以其较大的比表面积和优秀的理化性质，在气体传感器领域得到广泛的关注，被认为是降低器件工作温度，同时也具有良好气敏性能的气敏材料，同时三维结构对石墨烯的气敏性能也具有较大提升。但石墨烯气敏材料仍存在着很多挑战，主要问题是：(1)石墨烯本身会存在一定的缺陷，器件相应的稳定性会受到严重影响；(2)由于电子在石墨烯二维平面中的移动阻碍较小，使得气体分子难以脱附，器件恢复时间过长，有的长达数小时，因此，石墨烯的功能化就显得尤为重要。
量子点材料由于其量子尺寸效应、量子限域效应等特殊的性能，同时拥有更大的比表面积，这使其拥有更多的吸附气体的活性位点，对特定气体有更高的响应及灵敏度。PbS量子点材料近年来被应用于气敏传感器领域，尤其是PbS量子点材料对于NH3具有十分优异的检测性能，同时也具有较低的工作温度等优点。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，目的在于提供一种“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
一种“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯加入到乙二醇中，利用机械搅拌和超声将氧化石墨烯完全均匀的分散在乙二醇中，形成氧化石墨烯-乙二醇分散液；
(2)在氧化石墨烯-乙二醇分散液中加入硝酸铅粉末，机械搅拌后使硝酸铅粉末完全溶解，得到硝酸铅-石墨烯-乙二醇分散液；
(3)将硫化钠完全溶于乙二醇溶液中，机械搅拌后形成硫化钠-乙二醇溶液；
(4)将硝酸铅-石墨烯-乙二醇分散液超声，同时将硫化钠-乙二醇溶液逐滴滴加到硝酸铅-石墨烯-乙二醇分散液中，机械搅拌反应后，得到PbS量子点-石墨烯分散液；
(5)将步骤(4)所得PbS量子点-石墨烯分散液进行离心分离，取沉淀再利用酒精和去离子水分别洗涤，洗涤后放入真空干燥箱室温干燥，得到“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料。
上述方案中，所述氧化石墨烯-乙二醇分散液中氧化石墨烯的浓度为0.1～2.0wt％。
上述方案中，所述硝酸铅与硫化钠的摩尔比为1：0.25～2.5。
上述方案中，步骤(4)所述超声的功率为70W，所述机械搅拌反应的时间为5～30min。
上述方案中，步骤(2)所述机械搅拌的时间为10～30min。
上述制备方法制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料。
本发明的有益效果：(1)本发明采用液相法制备PbS量子点/石墨烯复合材料，该PbS量子点/石墨烯复合材料具有“蚕蛹状”三维结构，量子点颗粒尺寸均匀，室温及低温下对氨气的气敏性能优良；(2)本发明所述制备方法工艺简单，成本低廉，符合环境要求。
附图说明
图1为本发明制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的XRD图谱表征。
图2为实施例1制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的SEM图像表征。
图3为实施例2制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的SEM图像表征。
图4为实施例3制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的SEM图像表征。
图5为本发明制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的典型TEM图像表征。
图6为本发明制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料对氨气的气敏特性。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)将氧化石墨烯加入到20mL乙二醇中，利用机械搅拌和超声将氧化石墨烯完全均匀的分散在乙二醇中，形成氧化石墨烯-乙二醇分散液(氧化石墨烯的浓度为0.6wt％)；
(2)在氧化石墨烯-乙二醇分散液中加入1.0mmol硝酸铅粉末，机械搅拌10～30分钟，使硝酸铅粉末完全溶解，得到硝酸铅-氧化石墨烯-乙二醇分散液；
(3)将2.5mmol硫化钠完全溶于5mL乙二醇溶液中，机械搅拌5～10分钟，形成硫化钠-乙二醇溶液；
(4)将硝酸铅-氧化石墨烯-乙二醇分散液超声，同时将硫化钠-乙二醇溶液逐滴缓慢滴入到硝酸铅-氧化石墨烯-乙二醇分散液中，机械搅拌反应5～30分钟，得到PbS量子点-石墨烯分散液；
(5)将步骤(4)制备所得PbS量子点-石墨烯分散液进行离心分离，取沉淀再利用酒精和去离子水分别洗涤，洗涤后放入真空干燥箱室温干燥，得到“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料。
本实施例制备得到“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的物相含有PbS与C材料，其XRD图谱见图1，SEM图像进一步证实了“蚕蛹状”结构的存在，其SEM图像见图2。
实施例2
一种“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)将氧化石墨烯加入到20mL乙二醇中，利用机械搅拌和超声将氧化石墨烯完全均匀的分散在乙二醇中，形成氧化石墨烯-乙二醇分散液(氧化石墨烯的浓度为0.1wt％)；
(2)在氧化石墨烯-乙二醇分散液中加入1.0mmol硝酸铅粉末，机械搅拌10～30分钟，使硝酸铅粉末完全溶解，得到硝酸铅-氧化石墨烯-乙二醇分散液；
(3)将1.25mmol硫化钠完全溶于5mL乙二醇溶液中，机械搅拌5～10分钟，形成硫化钠-乙二醇溶液；
(4)将硝酸铅-氧化石墨烯-乙二醇分散液超声，同时将硫化钠-乙二醇溶液逐滴缓慢滴入到硝酸铅-氧化石墨烯-乙二醇分散液中，机械搅拌反应5～30分钟，得到PbS量子点-石墨烯分散液；
(5)将步骤(4)制备所得PbS量子点-石墨烯分散液进行离心分离，取沉淀再利用酒精和去离子水分别洗涤，洗涤后放入真空干燥箱室温干燥，得到“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料。
本实施例制备得到“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的分散性较好，可以明显的看到“蚕蛹状”结构，其SEM图像见图3。
实施例3
一种“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料，通过如下方法制备得到：
(1)将氧化石墨烯加入到20mL乙二醇中，利用机械搅拌和超声将氧化石墨烯完全均匀的分散在乙二醇中，形成氧化石墨烯-乙二醇分散液(氧化石墨烯的浓度为2.0wt％)；
(2)在氧化石墨烯-乙二醇分散液中加入1.0mmol硝酸铅粉末，机械搅拌10～30分钟，使硝酸铅粉末完全溶解，得到硝酸铅-氧化石墨烯-乙二醇分散液；
(3)将0.25mmol硫化钠完全溶于5mL乙二醇溶液中，机械搅拌5～10分钟，形成硫化钠-乙二醇溶液；
(4)将硝酸铅-氧化石墨烯-乙二醇分散液超声，同时将硫化钠-乙二醇溶液逐滴缓慢滴入到硝酸铅-氧化石墨烯-乙二醇分散液中，机械搅拌反应5～30分钟，得到PbS量子点-石墨烯分散液；
(5)将步骤(4)制备所得PbS量子点-石墨烯分散液进行离心分离，取沉淀再利用酒精和去离子水分别洗涤，洗涤后放入真空干燥箱室温干燥，得到“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料。
本实施例制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的分散性较好，可以明显的看到“蚕蛹状”结构，其SEM图像见图4。
本发明制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的XRD图谱见图1。图1中衍射峰的位置和相对强度均与PbS量子点材料(JCPDS No.:03—065—0692)和石墨烯(JCPDS No.:01—089—8487)的XRD图谱相匹配，说明本发明合成的产物为“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料。图2～4分别为实施例1～3中产物“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的SEM图像，可以看出PbS量子点的直径均约为9nm，且将还原石墨烯包裹在其中，呈“蚕蛹状”状结构，内层的PbS量子点很好的结合在还原石墨烯表面。图5为产物的典型TEM图像，从图中可以看出存在PbS量子点和石墨烯材料，其中量子点颗粒尺寸均匀，直径约为8～10nm。
本发明对制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料室温下对氨气的气敏性能进行测试，结果见图6。图6显示制备得到的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料室温下对氨气的检测极限为1ppm，这说明“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料具有良好电子传输特性，对氨气的气敏性能优异。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将氧化石墨烯加入到乙二醇中，利用机械搅拌和超声将氧化石墨烯完全均匀的分散在乙二醇中，形成氧化石墨烯-乙二醇分散液；
（2）在氧化石墨烯-乙二醇分散液中加入硝酸铅粉末，机械搅拌后使硝酸铅粉末完全溶解，得到硝酸铅-石墨烯-乙二醇分散液；
（3）将硫化钠完全溶于乙二醇溶液中，机械搅拌后形成硫化钠-乙二醇溶液；
（4）将硝酸铅-石墨烯-乙二醇分散液超声，同时将硫化钠-乙二醇溶液逐滴滴加到硝酸铅-石墨烯-乙二醇分散液中，机械搅拌反应后，得到PbS量子点-石墨烯分散液；
（5）将步骤（4）所得PbS量子点-石墨烯分散液进行离心分离，取沉淀再利用酒精和去离子水分别洗涤，洗涤后放入真空干燥箱室温干燥，得到“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯-乙二醇分散液中氧化石墨烯的浓度为0.1~2.0 wt%。
3.根据权利要求1所述的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸铅与硫化钠的摩尔比为1：0.25~2.5。
4.根据权利要求1所述的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述超声的功率为70W，所述机械搅拌反应的时间为5~30min。
5.根据权利要求1所述的“蚕蛹状”PbS量子点/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述机械搅拌的时间为10~30min。
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