CN106698506A - 一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，包括如下步骤：制备氧化石墨烯悬浮液；将偏钛酸倒入氧化石墨烯悬浮液中，缓慢滴加30％的双氧水溶液，搅拌，滴加氨水调节ph值到8.5～10，搅拌3～10小时得到过氧化钛及氧化石墨烯溶胶，其中偏钛酸、双氧水溶液、氧化石墨烯悬浮液质量比为5～7：40～60：100～105；将得到的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶在80～120℃下保温4～24小时；向上述加热后的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶滴加氨水，使氧化石墨烯聚合二氧化钛从溶液中析出，过滤干燥，既得氧化石墨烯聚掺杂二氧化钛。本发明利用氧化石墨烯表面的羟基和羧基可以和过氧化钛的羟基在水热作用下发生缩羟基或脱水反应，实现二氧化钛在氧化石墨烯表面原位聚合。

Description

一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备方法，具体涉及一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法。
背景技术
石墨烯应用范围广阔。根据石墨烯强度超大，超薄的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超薄超轻型飞机材料，超轻防弹衣等。根据其优异的导电性，使它在微电子的领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来超级计算机，碳元素更高电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是优良的改性剂，在新能源领域如锂离子电池、超级电容器方面，由于其高传导性、高比表面积，可用于作为电极材料助剂。现有石墨烯与复合的方法是将石墨烯添加到二氧化钛凝胶混合，但是由于石墨烯不易分散，因此与二氧化钛凝胶的混合的效果较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是将石墨烯添加到二氧化钛凝胶混合，不易分散，与二氧化钛凝胶的混合的效果较差，目的在于提供一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，能够将氧化石墨烯与二氧化钛充分混合，从而提高到达掺杂目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备氧化石墨烯悬浮液；
将偏钛酸倒入氧化石墨烯悬浮液中，缓慢滴加30％的双氧水溶液，搅拌，滴加氨水调节ph值到8.5～10，搅拌3～10小时得到过氧化钛及氧化石墨烯溶胶，其中偏钛酸、双氧水溶液、氧化石墨烯悬浮液质量比为5～7：40～60：100～105；
将得到的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶在80～120℃下保温4～24小时；
向上述加热后的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶滴加氨水，使氧化石墨烯聚合二氧化钛从溶液中析出，过滤干燥，既得氧化石墨烯聚掺杂二氧化钛。
氧化石墨烯悬浮液的制备采用Hummers法，包括如下步骤：量取23mL体积分数为96Vol％的浓硫酸倒入烧杯，烧杯放入冰浴中冷却至4℃以下，称取1g石墨粉和0.5g硝酸钠放入烧杯，1h以后缓慢加入3g高锰酸钾，控制温度不超过10℃，反应时间共2h；把烧杯移至38℃恒温水浴锅反应0.5h，保持搅拌；在所得混合液中缓慢加入80mL的去离子水，保持混合液温度95℃反应30min，保持搅拌；反应后加入约60mL去离子水中止反应，加入15mL30％的双氧水，待反应约15min后再加入40mL体积分数为10Vol％的盐酸溶液。低速离心洗涤去除过量的酸及副产物，将洗涤后呈中性的氧化石墨分散于水中，超声震荡剥离40min，超声结束后在2500r·min-1转速下离心30min，上层液即是氧化石墨烯悬浮液。
将氧化石墨烯掺杂二氧化钛，在氮气保护气氛下500℃煅烧，得到石墨烯掺杂的二氧化钛。
将过氧化钛及氧化石墨烯溶胶直接涂布于玻璃纤维滤布或泡沫镍网基板上，干燥，煅烧既得到石墨烯参杂的二氧化钛催化膜。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，利用氧化石墨烯表面的羟基和羧基可以和过氧化钛的羟基在水热作用下发生缩羟基或脱水反应，实现二氧化钛在氧化石墨烯表面原位聚合；
2、本发明一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，过氧钛酸在水热反应中过氧钛酸脱水和过氧结晶在氧化石墨烯表面，降低二氧化钛自团聚；
3、本发明一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，氧化石墨烯相对其他方式添加，用量更少，节约成本。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，将5g偏钛酸倒入100g氧化石墨烯悬浮液中，缓慢滴加40g 30％的双氧水溶液，搅拌，滴加氨水调节ph值到9，搅拌5小时得到过氧化钛及氧化石墨烯溶胶；
将得到的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶在100℃下保温4小时；
向上述加热后的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶滴加氨水，使氧化石墨烯聚合二氧化钛从溶液中析出，过滤干燥，既得氧化石墨烯聚掺杂二氧化钛。
实施例2
本发明一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，将7g偏钛酸倒入100g氧化石墨烯悬浮液中，缓慢滴加60g 30％的双氧水溶液，搅拌，滴加氨水调节ph值到8.5，搅拌7小时得到过氧化钛及氧化石墨烯溶胶；
将得到的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶在80℃下保温8小时；
向上述加热后的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶滴加氨水，使氧化石墨烯聚合二氧化钛从溶液中析出，过滤干燥，既得氧化石墨烯聚掺杂二氧化钛。
实施例3
本发明一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，将7g偏钛酸倒入105g氧化石墨烯悬浮液中，缓慢滴加60g 30％的双氧水溶液，搅拌，滴加氨水调节ph值到9，搅拌10小时得到过氧化钛及氧化石墨烯溶胶；
将得到的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶在120℃下保温15小时；
向上述加热后的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶滴加氨水，使氧化石墨烯聚合二氧化钛从溶液中析出，过滤干燥，既得氧化石墨烯聚掺杂二氧化钛。
实施例4
本发明一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，将5g偏钛酸倒入105g氧化石墨烯悬浮液中，缓慢滴加50g 30％的双氧水溶液，搅拌，滴加氨水调节ph值到10，搅拌10小时得到过氧化钛及氧化石墨烯溶胶；
将得到的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶在100℃下保温3小时；
向上述加热后的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶滴加氨水，使氧化石墨烯聚合二氧化钛从溶液中析出，过滤干燥，既得氧化石墨烯聚掺杂二氧化钛。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备氧化石墨烯悬浮液；
将偏钛酸倒入氧化石墨烯悬浮液中，缓慢滴加30％的双氧水溶液，搅拌，滴加氨水调节ph值到8.5～10，搅拌3～10小时得到过氧化钛及氧化石墨烯溶胶，其中偏钛酸、双氧水溶液、氧化石墨烯悬浮液质量比为5～7：40～60：100～105；
将得到的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶在80～120℃下保温4～24小时；
向上述加热后的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶滴加氨水，使氧化石墨烯聚合二氧化钛从溶液中析出，过滤干燥，既得氧化石墨烯聚掺杂二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的一种原位氧化石墨烯聚合二氧化钛的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯悬浮液的制备采用Hummers法，包括如下步骤：量取23mL体积分数为96Vol％的浓硫酸倒入烧杯，烧杯放入冰浴中冷却至4℃以下，称取1g石墨粉和0.5g硝酸钠放入烧杯，1h以后缓慢加入3g高锰酸钾，控制温度不超过10℃，反应时间共2h；把烧杯移至38℃恒温水浴锅反应0.5h，保持搅拌；在所得混合液中缓慢加入80mL的去离子水，保持混合液温度95℃反应30min，保持搅拌；反应后加入约60mL去离子水中止反应，加入15mL30％的双氧水，待反应约15min后再加入40mL体积分数为10Vol％的盐酸溶液。低速离心洗涤去除过量的酸及副产物，将洗涤后呈中性的氧化石墨分散于水中，超声震荡剥离40min，超声结束后在2500r·min-1转速下离心30min，上层液即是氧化石墨烯悬浮液。
3.一种根据石墨烯掺杂的二氧化钛的制备方法，其特征在于，将如权利要求1所述的氧化石墨烯掺杂二氧化钛，在氮气保护气氛下500℃煅烧，得到石墨烯掺杂的二氧化钛。
4.一种根据石墨烯掺杂的二氧化钛催化膜的制备方法，其特征在于，将如权利要求1所述的过氧化钛及氧化石墨烯溶胶直接涂布于玻璃纤维滤布或泡沫镍网基板上，干燥，煅烧既得到石墨烯参杂的二氧化钛催化膜。
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