CN107195469B - 一种石墨烯包裹Ag/AgVO3纳米带复合物的制备方法 - Google Patents

一种石墨烯包裹Ag/AgVO3纳米带复合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯/Ag/AgVO3纳米带复合物的制备方法。首先通过AgNO3、NH4VO3和吡啶混合溶液水热法合成AgVO3，再在洗涤后的产物中加入1mL C9H23NO3Si，搅拌反应后再加入1mg/mL的氧化石墨烯，水热反应得到石墨烯/AgVO3。通过加入一定量的水合肼还原石墨烯/AgVO3中部分的银离子，得到石墨烯/Ag/AgVO3纳米带复合物。石墨烯包裹Ag/AgVO3纳米带复合物明显增强了它们的光催化活性与电容比容量。石墨烯/Ag/AgVO3(含银15％)催化降解甲基橙效率明显AgVO3。与石墨烯包裹AgVO3复合材料的循环伏安曲线相比较，将样品中部分银离子还原后，循环性能较稳定，组装的柔性电容器的比容量更大。

Description

一种石墨烯包裹Ag/AgVO3纳米带复合物的制备方法
技术领域
本发明所属技术领域为光催化、电池电容器技术领域，特别涉及石墨烯 /Ag/AgVO3纳米带复合物材料的开发及制备方法。
背景技术
现阶段，非TiO2型并能在可见光下响应的新型光催化剂的研究引起了人们极大的重视，钒酸盐类具有功能材料所具备的特殊性质，可用作基础的基质材料并大规模应用于荧光和激发材料领域，还可以用作锂电池的阴极材料。由于钒酸银具有优良的物理化学性能，学者们致力于钒酸银纳米材料的合成、表征及电化学性能的研究。通过控制Ag、V和O的比例，可以合成不同组成与结构的钒酸银材料。
在石墨烯中，电子的迁移速率达到，是光速的三百分之一，高于一般导体中电子的运动速度。由于石墨烯独特的蜂巢晶格平面结构，使其具有双极性的电场效应，超导电性及高载流子率等优良的电学性能，其载流子率在室温下可 1.5×104cm2V-1S-1。石墨烯的导热性能良好，热导率达5000W/(m·K)，相对比于其他的碳材料，石墨烯具有更大的表面积，它的理论比表面积为2630m2/g，而碳纳米管的比表面积为1315m2/g，富勒烯(C60)的比表面积为10-20m2/g。对于单原子层结构的石墨烯，它具有优良的透光性能。它对可见光的吸收率为2.3％，与之相对应的透过率就是97.7％。因其高透光率和优良的导电性能，使其成为一种优良的天然透明导电薄膜。
因此本专利中用石墨烯、银修饰钒酸银形成异质结，以提高其光催化活性和电池比容量。希望其突出的性能可以在超级电容器领域中有实际的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯/Ag/AgVO3纳米带复合物的制备方法，该方法操作简便、条件温和、产率高，所制备的石墨烯/Ag/AgVO3纳米带复合物组装的电容器具有较高的比容量和良好的循环稳定性。
具体步骤为：
(1)称取0.01～0.1g AgNO3溶解于50mL的去离子水中，然后称取0.01～0.1gNH4VO3加入到上述溶液中，再加入2mL吡啶，搅拌5min。将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯反应釜中，180℃水热反应6～24h，自然冷却后，分别用乙醇和水离心，洗涤。最后将洗涤好的产物AgVO3在50℃烘箱干燥6h，保存备用。
(2)向50mL的去离子水中加入步骤(1)制备的50mg AgVO3，按溶液体积比50:1加入1mL氨基硅烷，65℃恒温搅拌4h，将产物分别用乙醇和水离心洗涤两次，去离子水稀释到50ml。然后加入超声分散好的1mg/mL的氧化石墨烯1～5mL，搅拌30min后，倒入聚四氟乙烯反应釜中，160℃反应2～10h，冷却后离心洗涤，保存待用。
(3)加入0.0006～00024g的水合肼将上述样品中的5％～20％的银离子还原成银单质，得到含银为5％～20％的石墨烯/Ag/AgVO3复合材料，离心洗涤，并在真空冷冻干燥机中干燥。
所述化学试剂纯度均为化学纯以上纯度。
使用的是恒电位计时法进行充放电测试。记录充放电测试过程中电压随时间变化关系，通过测试可得到材料在充电---放电循环中的倍率性能、循环性能、比容量、充放电曲线、电流效率等相关参数。本实验中，研究电极的充放电电流密度分别设置为1A·g-1、2A·g-1、5A·g-1、10A·g-1，充电区间为1.05—0.05V，测试段数为10段。
过可见光光催化降解甲基橙(MO)评价样品的光催化性能，分别取所测样品30mg，加入到25ml二次去离子水中，超声分散2min后，加入到盛有25ml 浓度为20mg/L的甲基橙溶液的烧杯中。在光化学反应仪中，悬浮液在黑暗中磁力搅拌30分钟，使催化剂的吸附达到平衡状态后，取出3ml离心分离，观察上清液颜色变化。之后使用400W金属卤素灯光照(大部分为可见光)，每隔20min 取出3ml样品离心分离，紫外可见光分光关度计测试其浓度。
本发明制备的石墨烯/Ag/AgVO3复合物表现出很好的光催化性能，以石墨烯包裹Ag/AgVO3复合材料为电极材料组装三明治结构的柔性超级电容，能有较高的比电容及较低的阻抗、较好的循环稳定性。由于材料对光具有敏感性，在石墨烯增大电子传输速率的情况下，光催化上也有较明显的作用。因此，这种复合材料将在电化学、光电转换器件、光催化、电池或者电容器等领域拥有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的不同银含量的石墨烯/Ag/AgVO3的XRD谱。
图2为本发明实施例1制备石墨烯/Ag/AgVO3的TEM图。
图3为本发明实施例1制备的不同银含量的石墨烯包裹Ag/AgVO3复合材料光催化降解甲基橙曲线。
图4为本发明实施例1制备的不同银含量的石墨烯包裹Ag/AgVO3复合材料在不同电流密度下的充放电曲线。
具体实施方式
实施例1：
(1)称取0.0765g AgNO3溶解于50mL的去离子水中，然后称取0.0527g NH4VO3加入到上述溶液中，再加入2mL吡啶，搅拌5min。将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯反应釜中，180℃水热反应12h，自然冷却后，分别用乙醇和水离心，洗涤。最后将洗涤好的产物AgVO3在50℃烘箱干燥6h，保存备用。
(2)向50mL的去离子水中加入步骤(1)制备的50mg AgVO3，加入1mL 2％(质量比浓度)的3-氨基丙基三乙氧基硅烷，65℃恒温搅拌4h，将产物分别用乙醇和水离心洗涤两次，去离子水稀释到50ml。然后加入超声分散好的 1mg/mL的氧化石墨烯3mL，搅拌30min后，倒入聚四氟乙烯反应釜中，160℃反应6h，冷却后离心洗涤，保存待用。
(3)加入0.0006g的水合肼将上述样品中的5％的银离子还原成银单质，离心洗涤，并在真空冷冻干燥机中干燥，得到含银为5％的石墨烯/Ag/AgVO3复合材料。
实施例2：
(1)称取0.0765g AgNO3溶解于50mL的去离子水中，然后称取0.0527g NH4VO3加入到上述溶液中，再加入2mL吡啶，搅拌5min。将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯反应釜中，180℃水热反应12h，自然冷却后，分别用乙醇和水离心，洗涤。最后将洗涤好的产物AgVO3在50℃烘箱干燥6h，保存备用。
(2)向50mL的去离子水中加入步骤(1)制备的50mg AgVO3，按溶液体积比50:1加入1mL 3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷，65℃恒温搅拌4h，将产物分别用乙醇和水离心洗涤两次，去离子水稀释到50ml。然后加入超声分散好的 1mg/mL的氧化石墨烯3mL，搅拌30min后，倒入聚四氟乙烯反应釜中，120℃反应6h，冷却后离心洗涤，保存待用。
(3)加入0.0012g的水合肼将上述样品中的10％的银离子还原成银单质，离心洗涤，并在真空冷冻干燥机中干燥，得到含银为10％的石墨烯/Ag/AgVO3复合材料。
实施例3：
(1)称取0.0765g AgNO3溶解于50mL的去离子水中，然后称取0.0527g NH4VO3加入到上述溶液中，再加入2mL吡啶，搅拌5min。将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯反应釜中，180℃水热反应24h，自然冷却后，分别用乙醇和水离心，洗涤。最后将洗涤好的产物AgVO3在50℃烘箱干燥6h，保存备用。
(2)向50mL的去离子水中加入步骤(1)制备的50mg AgVO3，按溶液体积比50:1加入1mL N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷，65℃恒温搅拌4h，将产物分别用乙醇和水离心洗涤两次，去离子水稀释到50ml。然后加入超声分散好的1mg/mL的氧化石墨烯3mL，搅拌30min后，倒入聚四氟乙烯反应釜中， 160℃反应6h，冷却后离心洗涤，保存待用。
(3)加入0.00018g的水合肼将上述样品中的5％的银离子还原成银单质，离心洗涤，并在真空冷冻干燥机中干燥，得到含银为15％的石墨烯包裹 Ag/AgVO3复合材料。
以上实施例所述化学试剂纯度均为化学纯。

Claims (1)

1.一种石墨烯包裹Ag/AgVO3纳米带复合物的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1)AgVO3纳米线的合成:称取0.01～0.2g银盐溶解于50mL的去离子水中，然后称取0.01～0.1g NH4VO3加入到溶液中，再加入2mL吡啶，搅拌5min；将混合溶液倒入聚四氟乙烯反应釜中，180℃水热反应6～24h，自然冷却后，分别用乙醇和水离心，洗涤；最后将洗涤好的产物AgVO3在50℃烘箱干燥6h，保存备用；
(2)向50mL的去离子水中加入步骤(1)制备的50mg AgVO3，加入1mL 0.5～10％(质量比浓度)的氨基硅烷，65℃恒温搅拌4h，将产物分别用乙醇和水离心洗涤两次，去离子水稀释到50ml；然后加入超声分散好的1mg/mL的氧化石墨烯1～5mL，搅拌30min后，倒入聚四氟乙烯反应釜中，120-180℃反应2～10h，冷却后离心洗涤，保存待用；
(3)加入0.0006～00024g的水合肼将样品中的5％～20％的银离子还原成银单质，得到含银为5％～20％的石墨烯/Ag/AgVO3复合材料，离心洗涤，并在真空冷冻干燥机中干燥；
步骤(1)中银盐为硝酸银、硫酸银、醋酸银中的一种；
步骤(2)中氨基硅烷为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种。
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Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

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Denomination of invention: A preparation method of graphene coated Ag/AgVO3nanobelt composite

Granted publication date: 20190205

License type: Common License

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