CN108580883A - 一种石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯夹心金纳米颗粒的纳米片的制备方法，利用静电诱导组装进行次序组装得到氧化石墨烯复合膜，再将膜进行还原得到石墨烯复合膜，最后将复合膜粉碎得到纳米片，该纳米片具有夹心结构，金纳米颗粒位于石墨化程度比较高的石墨烯层间。得益于石墨烯很好的限域和隔离效应，该复合纳米片中的金纳米颗粒具有良好的热稳定性，在加热到500℃时，仍然能维持原来的形状而不团聚，此纳米片具有良好的光热效果，当将纳米片抽滤在滤纸上时，具有良好的光吸收，在光的照射下能够达到很高的温度；将膜制备成光热水蒸发器后，具有较高的水蒸发效率，在10kW的光强下达87.9％，可以应用于海水淡化等需要在高温下进行的领域。

Description

一种石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片及其制备方法。
背景技术
目前，由于金属纳米颗粒具有显著的等离子体效应，因而在光热转换材料中具有广泛的应用，特别是利用太阳能进行水蒸发进行污水净化或者海水蒸发淡化等。然而，金属纳米颗粒具有超高的比表面积，表面的原子处于不平衡状态，且存在很多的悬键，倾向于与其他原子结合，因而具有较高的活性。根据爱因斯坦模型，表面的原子的热稳定性相对于本体晶格中的原子较差，会在远低于熔点的情况下产生融化，也就是通常所谓的表面熔融效应。高光强产生的高温会将纳米颗粒熔融，长时间使用后，性能会出现明显的衰减。因而，良好的热稳定性和化学稳定性对于维持金属纳米颗粒的性能具有重要的作用。
纳米限域效应为解决这些问题提供了良好的方法。当限域空间减小到一定尺度时，经典热力学的熔点理论和Gibbs–Thomson效应便不再适用。例如，限域在碳纳米管中的物质的熔点具有超高的熔点，此外，具有优异热稳定性的纳米催化剂也被制备出来，例如，强作用配体的金纳米颗粒，限域在多孔硅(SBA-15)中的铂纳米颗粒和银纳米颗粒等。
《自然光子学》期刊2016年第10卷393页起报了到一种基于铝纳米颗粒的等离子体效应的器件，铝纳米颗粒均匀的负载在阳极氧化铝上，该器件在可见光及红外波段都具有良好的等离子体响应和显著增强的光热转换效率。
《先进材料》期刊2015年第27卷2768页起报道了一种具有等离子体效应的薄膜，他们将金纳米颗粒的膜负载在无尘纸上，这种等离子效应的膜可以达到原位高温从而实现水的蒸发，具有较高的蒸发效率(77.8％)。
《科学报告》期刊2015年第5卷13600页起报道了一种阳极氧化铝负载的金颗粒的膜，在光强为～14.3kW m-2的氙灯的照射下，表面温度可以超过160℃，纳米金颗粒因为温度过高而熔融在一起。
《物理化学期刊B》期刊2005年第109卷3104页起报道了激光诱导的金纳米颗粒的表面熔融效应，由于表面熔融效应，在远低于金熔点(1060℃)的情况下，金纳米颗粒就出现变形，他们使用透射电子显微镜直接观察到了形状转变的过程。
《美国化学会制》期刊2006年第128卷15756页起报道了介孔二氧化硅(SBA-15)限域的银纳米颗粒，发现未限域的银纳米颗粒在低于773K的温度下就开始发生熔融而团聚，SBA-15限域的银颗粒在高于873K的温度下才开始发生熔融，证明了限域效应有利于金属纳米颗粒的热稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片的制备方法，本发明制备得到的石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片热稳定性好，光热转换效率高。
本发明提供了一种石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片的制备方法，包括以下步骤：
A)在基板上形成氧化石墨烯膜；
B)采用修饰剂修饰氧化石墨烯膜表面，得到带正电的氧化石墨烯膜；
C)将金颗粒复合在所述修饰的氧化石墨烯膜上，得到金颗粒-氧化石墨烯复合膜；
D)再将另一氧化石墨烯膜复合在所述金颗粒-氧化石墨烯复合膜上，得到封装后的氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜；
E)采用还原剂将氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜还原，得到还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜；
F)将所述还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜从玻璃基板上去除，粉碎，得到石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片。
优选的，步骤A)所述基板包括玻璃基板和硅板中的一种或几种。
优选的，步骤A)所述在基板上形成氧化石墨烯膜为浸渍涂覆法，具体为：将基板浸渍在氧化石墨烯分散液中，干燥，得到氧化石墨烯膜。
优选的，所述氧化石墨烯分散液为0.5～2mg mL-1的乙醇分散液；所述浸渍的时间为2～5min。
优选的，步骤B)所述修饰剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。
优选的，步骤C)所述复合的方式为静电诱导；步骤D)所述复合的方式为静电诱导。
优选的，所述金颗粒表面电荷为负电；所述金颗粒的直径为20～100nm。
优选的，步骤E)所述还原剂为氢碘酸；所述氢碘酸的浓度为30％～45％；所述还原的温度为95℃。
本发明提供了一种石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片，包括：
还原氧化石墨烯膜层；
复合在所述还原氧化石墨烯膜上的金颗粒；
复合在所述金颗粒上的另一还原氧化石墨烯膜层。
本发明提供了一种太阳能水蒸发器，吸光层包括上述技术方案所述的制备方法制备得到的石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片。
与现有技术相比，本发明提供了一种石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片的制备方法，包括以下步骤：A)在基板上形成氧化石墨烯膜；B)采用修饰剂修饰氧化石墨烯膜表面，得到带正电的氧化石墨烯膜；C)将金颗粒复合在所述修饰的氧化石墨烯膜上，得到金颗粒-氧化石墨烯复合膜；D)再将另一氧化石墨烯膜复合在所述金颗粒-氧化石墨烯复合膜上，得到封装后的氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜；E)采用还原剂将氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜还原，得到还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜；F)将所述还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜从玻璃基板上去除，粉碎，得到石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片。本发明利用静电诱导组装进行次序组装得到氧化石墨烯复合膜，再将膜进行还原得到石墨烯复合膜，最后将复合膜粉碎成纳米片，该纳米片具有夹心结构，金纳米颗粒位于石墨化程度比较高的石墨烯层间，具有很好的限域和隔离效应。该复合纳米片中的金纳米颗粒具有良好的热稳定性，在加热到500℃时，仍然能维持原来的形状而不团聚，而未限域的金纳米颗粒在加热到120℃时就已经发生熔融；此金纳米颗粒复合纳米片具有良好的光热效果；当将纳米片抽滤在滤纸上时，具有良好的光吸收，在光的照射下能够达到很高的温度；将膜制备成光热水蒸发器后，具有较高的水蒸发效率，在10kW的光强下达87.9％，可以应用于海水淡化等需要在高温下进行的领域。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的金纳米颗粒(AuNPs)的透射电子显微镜照片；
图2为本发明实施例1中制备石墨烯夹心金颗粒纳米片的制备流程示意图；
图3为本发明实施例1中制备的GO膜，GO/AuNPs膜，GO/AuNPs/GO膜，rGO/AuNPs/rGO膜的照片；
图4为本发明实施例1中制备的纳米片分散液的照片；
图5为本发明实施例1中制备的GO/AuNPs膜的扫描电子显微镜照片；
图6为本发明实施例1中制备的GO/AuNPs/GO膜的扫描电子显微镜照片；
图7为本发明实施例1中制备的石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片(rGO/AuNPs/rGO)的扫描电子显微镜照片；
图8为本发明实施例1中制备的GO/AuNPs膜在120℃下加热1小时后的照片；
图9为本发明实施例1中制备的GO/AuNPs膜在500℃下加热1小时后的照片；
图10为本发明实施例1中制备的rGO/AuNPs/rGO膜在120℃下加热1小时后的照片；
图11为本发明实施例1中制备的rGO/AuNPs/rGO膜在500℃下加热1小时后的照片；
图12为本发明实施例1中制备的rGO/AuNPs/rGO抽滤在滤纸上面之后的照片；
图13为本发明实施例1中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸的光吸收率的曲线；
图14为本发明实施例1中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸在1个太阳光光强(1kWm-2)下的红外照片；
图15为本发明实施例1中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸在5个太阳光光强(5kWm-2)下的红外照片；
图16为本发明实施例1中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸在10个太阳光光强(10kW m-2)下的红外照片；
图17为本发明实施例1中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸为吸光层的光热水蒸发器的示意图；
图18为本发明实施例1中制备的光热水蒸发器在10个太阳光光强(10kW m-2)下的水蒸发曲线，在载有不同量的rGO/AuNPs/rGO时，显出不同的水蒸发量；
图19为本发明对比例1中制备的rGO/AuNPs纳米片的扫描电子显微镜照片，可以看到片的一侧载有金颗粒，另外一侧为光滑的石墨烯；
图20为本发明对比例1中制备的载有rGO/AuNPs的滤纸的光热水蒸发量与实施例2中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸制备的光热水蒸发器在10个太阳光光强(10kW m-2)下的水蒸发量的循环性能曲线，体现出rGO/AuNPs/rGO夹心纳米片良好的稳定性能。
具体实施方式
本发明提供了一种石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供了一种石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片的制备方法，包括以下步骤：
A)在基板上形成氧化石墨烯膜；
B)采用修饰剂修饰氧化石墨烯膜表面，得到带正电的氧化石墨烯膜；
C)将金颗粒复合在所述修饰的氧化石墨烯膜上，得到金颗粒-氧化石墨烯复合膜；
D)再将另一氧化石墨烯膜复合在所述金颗粒-氧化石墨烯复合膜上，得到封装后的氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜；
E)采用还原剂将氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜还原，得到还原氧化石墨烯(rGO)夹心金颗粒复合膜；
F)将所述还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜从玻璃基板上去除，粉碎，得到石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片。
本发明提供的石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片的制备方法首先在基板上形成氧化石墨烯膜。
本发明所述基板包括但不限于玻璃基板和硅板中的一种或几种。本领域技术人员熟知的可以在其上形成膜材料的基板均可。
本发明对所述氧化石墨烯(GO)的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的GO即可，如可以采用其市售商品，也可以采用本领域技术人员熟知的制备方法自行制备，如可以采用文献Journalof the American Chemical Society,1958,80,1339,Preparation of graphitic oxide中记载的方法自行制备。
本发明在基板上形成氧化石墨烯膜为浸渍涂覆法，优选具体为：将基板浸渍在氧化石墨烯分散液中，干燥，得到氧化石墨烯膜。
本发明首先对基板进行处理，以使得基板带上正电荷。
以玻璃基板为例，玻璃片基底使用食人鱼溶液浸泡30min，食人鱼洗液为浓硫酸和30％过氧化氢的混合物(体积比7:3)。
氧化石墨烯的水溶液采用乙醇稀释，将处理后的带上正电荷基板浸入氧化石墨烯的水溶液中，静置，垂直放置基板，除去多余氧化石墨烯溶液，干燥得到氧化石墨烯膜。
本发明稀释后的氧化石墨烯分散液的浓度优选为0.5～2mg mL-1的乙醇分散液；所述浸渍的时间为2～5min。
本发明对于所述浸渍、静置和干燥的方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
由于氧化石墨烯本身带负电荷，与带正电荷的基板由于静电吸附作用复合在一起。
在基板上得到氧化石墨烯膜后，采用修饰剂修饰氧化石墨烯膜表面，得到修饰后带正电的氧化石墨烯膜。
本发明所述修饰剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)。
具体为：将γ―氨丙基三乙氧基硅烷加入乙醇中稀释，而后将氧化石墨烯膜浸泡，取出，用乙醇充分洗涤后再用水洗涤使KH550充分水解，再用乙醇洗涤，最后干燥，得到修饰的氧化石墨烯(GO)膜。
所述浸泡的时间为1～2h，本发明对于所述搅拌、浸泡、洗涤和干燥的方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
修饰后的氧化石墨烯膜表面带正电，可以静电吸附金颗粒。
将金颗粒复合在所述修饰的氧化石墨烯膜上，得到金颗粒-氧化石墨烯复合膜。
本发明对于所述金颗粒的制备方法不进行限定，本领域技术人员熟知的方式均可；优选采用如下方法：
HAuCl4和柠檬酸三钠混合，加热，冷却得到金颗粒。
其中，所述HAuCl4水溶液优选为1wt％的水溶液；所述柠檬酸三钠溶液的浓度优选为1wt％；所述加热温度优选为100℃；所述冷却为自然冷却。
具体可以为：在100mL的烧杯中，加入49.5mL的去离子水，加热至沸腾状态，加入0.5mL的HAuCl4(1wt％)溶液，沸腾后再加入0.5mL1wt％的柠檬酸三钠溶液，沸腾后，再煮沸5min，此时溶液转为亮红色，自然冷却至室温，得到的金纳米颗粒溶液在制备过程中直接使用。
得到的金颗粒表面电荷为负电；所述金颗粒的直径优选为20～100nm。
金颗粒复合在所述修饰的氧化石墨烯膜上，即为带负电的金颗粒与经过修饰表面带正电的氧化石墨烯膜的静电吸附，得到金颗粒-氧化石墨烯复合膜。
具体可以为，将氧化石墨烯膜浸渍在所述金纳米颗粒溶液中，静置，浸泡在乙醇中以洗去多余的金纳米颗粒，干燥后得到GO/AuNPs膜。
本发明对于所述静置的时间和浸泡的时间不进行限定，均为2～5min即可。
而后，再将另一氧化石墨烯膜复合在所述金颗粒-氧化石墨烯复合膜上，得到封装后的氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜。
本发明此氧化石墨烯的复合与之前的氧化石墨烯复合方式一样，均为静电诱导。经过此封装步骤，使得金纳米颗粒位于氧化石墨烯膜的夹层间，在还原成石墨烯后，层状膜的石墨化程度比较高，具有很好的限域和隔离效应。
具体为：氧化石墨烯的水溶液采用乙醇稀释，将金颗粒-氧化石墨烯复合膜浸入氧化石墨烯的水溶液中，静置，垂直放置基板，除去多余氧化石墨烯溶液，干燥得到封装后的氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜。
本发明稀释后的氧化石墨烯分散液的浓度优选为0.5～2mg mL-1的乙醇分散液；所述浸渍的时间为2～5min。
本发明对于所述浸渍、静置和干燥的方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
而后采用还原剂将氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜还原，得到还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜；
可以为将氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜浸渍在还原剂溶液中，而后洗涤，干燥即可。
本发明所述还原剂为氢碘酸或水合肼蒸汽还原；所述氢碘酸的浓度为30％～45％；所述还原的温度为95℃。
优选可以为：
500mL烧杯中加入50mL30％～45％氢碘酸(HI)溶液，油浴加热至95℃，将载有GO/AuNPs/GO膜的玻璃片完全浸入，3～5min，夹心GO复合膜还原成还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜(rGO/AuNPs/rGO)，之后用乙醇洗涤并干燥。
本发明利用静电诱导组装进行次序组装得到在纵向具有规则夹心结构的复合纳米片。
将所述还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜从玻璃基板上去除，粉碎，得到石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片。
本发明优选采用超声的方法，即为将石墨烯夹心纳米金颗粒在超声条件下粉碎，即可得到石墨烯夹心金颗粒的纳米片。
本发明对于具体的超声的功率和时间不进行限定，可以粉碎得到石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片即可。
本发明提供了一种石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。
本发明一种石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片，包括：
还原氧化石墨烯膜层；
复合在所述还原氧化石墨烯膜上的金颗粒；
复合在所述金颗粒上的另一还原氧化石墨烯膜层。
其中，还原氧化石墨烯膜层由氧化石墨烯膜层还原得到，本发明所述复合方式优选均为静电吸附。本发明对于上述具体膜层的制备方法上述已经有清楚的描述，在此不再赘述。
本发明采用通过在基底上依次成膜的策略，首先在玻璃片上制备一层氧化石墨烯膜(GO)，修饰GO膜为正电后，将金颗粒均匀的组装在膜上，然后再制备另外一层GO膜将金颗粒封装起来，最后将复合物使用HI进行还原，将GO还原成还原氧化石墨烯(rGO),再将膜超声破碎成纳米片。在加热到500℃时，具有夹心限域结构的金颗粒可以保持单个的颗粒分布状态，而未限域的金颗粒在加热到500℃时开始变形并熔融成团聚物。此外，rGO夹心结构限域的金颗粒可以抵抗KI/I2溶液的刻蚀，且石墨烯能够增强金纳米颗粒的光热转换效率。本发明将纳米片应用于太阳能水蒸发器的吸光层，在高达10kW的光强下，水蒸气的转换效率可以达到87.9％，在30次循环后，转换效率也没有发生明显的性能衰减。
本发明提供了一种太阳能水蒸发器，吸光层包括上述技术方案所述的制备方法制备得到的石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片。
在本发明中，将上述制备得到的石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片分散液抽滤在滤纸上得到亲水的黑色膜，该膜可作为吸光层应用于光热水蒸发器。
本发明所述的水蒸发器优选包括上述吸光层和吸水棉芯穿透的保温泡沫。
本发明对于所述吸水棉芯穿透的保温泡沫不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
本发明提供了一种石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片的制备方法，包括以下步骤：A)在基板上形成氧化石墨烯膜；B)采用修饰剂修饰氧化石墨烯膜表面，得到带正电的氧化石墨烯膜；C)将金颗粒复合在所述修饰的氧化石墨烯膜上，得到金颗粒-氧化石墨烯复合膜；D)再将另一氧化石墨烯膜复合在所述金颗粒-氧化石墨烯复合膜上，得到封装后的氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜；E)采用还原剂将氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜还原，得到还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜；F)将所述还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜从玻璃基板上去除，粉碎，得到石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片。本发明利用静电诱导组装进行次序组装得到氧化石墨烯复合膜，再将膜进行还原得到石墨烯复合膜，最后将复合膜粉碎成纳米片，该纳米片具有夹心结构，金纳米颗粒位于石墨化程度比较高的石墨烯层间，具有很好的限域和隔离效应。该复合纳米片中的金纳米颗粒具有良好的热稳定性，在加热到500℃时，仍然能维持原来的形状而不团聚，而未限域的金纳米颗粒在加热到120℃时就已经发生熔融；此金纳米颗粒复合纳米片具有良好的光热效果；当将纳米片抽滤在滤纸上时，具有良好的光吸收，在光的照射下能够达到很高的温度；将膜制备成光热水蒸发器后，具有较高的水蒸发效率，在10kW的光强下达87.9％，可以应用于海水淡化等需要在高温下进行的领域。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片及其制备方法进行详细描述。
实施例1
玻璃片基底使用食人鱼溶液浸泡30min，食人鱼洗液为浓硫酸和30％过氧化氢的混合物(体积比7:3)；
在100mL的烧杯中，加入49.5mL的去离子水，加热至沸腾状态，加入0.5mL的HAuCl4(1wt％)溶液，沸腾后再加入0.5mL1wt％的柠檬酸三钠溶液，沸腾后，再煮沸5min，此时溶液转为亮红色，自然冷却至室温，得到的金纳米颗粒溶液在制备过程中直接使用。
图1为本发明实施例1制备的金纳米颗粒的透射电子显微镜图片；由图1可以看出，金纳米颗粒的大小为25nm左右。
图2为本发明实施例1中制备石墨烯夹心金颗粒纳米片的制备流程示意图；如图2所示，制备的流程为次序沉积法。3mg mL-1氧化石墨烯(GO)的水溶液用乙醇稀释至1mg mL-1。将玻璃片浸入GO溶液中，静置5min，然后，垂直放置玻璃片，除去多余GO溶液，干燥得到GO膜。1mLKH550加入99mL乙醇中并搅拌均匀，将GO膜浸入KH550溶液中，浸泡2h，取出，用乙醇充分洗涤后再用水洗涤使KH550充分水解，再用乙醇洗涤，最后干燥，得到修饰的GO膜。将修饰的GO膜用乙醇润湿后浸入金纳米颗粒溶液，静置5min，浸泡在水中5min以洗去多余的金纳米颗粒，干燥后得到GO/AuNPs膜。使用相同方法，再在GO/AuNPs膜上制备一层GO膜，得到GO/AuNPs/GO膜。
500mL烧杯中加入50mL45％氢碘酸(HI)溶液，油浴加热至95℃，将载有GO/AuNPs/GO膜的玻璃片完全浸入，5min，夹心GO复合膜还原成还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜(rGO/AuNPs/rGO)，之后用乙醇洗涤并干燥；
图3为本发明实施例1中制备的GO膜，GO/AuNPs膜，GO/AuNPs/GO膜，rGO/AuNPs/rGO膜的照片；由图3可以看出，图3中可以看出每沉积一层，膜的颜色都会略有加深，在还原之后膜颜色为黑色，有明显加深。每沉积一层时的，扫描电子显微镜照片为图5-7；具体的，图5为本发明实施例1中制备的GO/AuNPs膜的扫描电子显微镜照片，可以看出AuNPs均匀的分布在GO膜上；图6为本发明实施例1中制备的GO/AuNPs/GO膜的扫描电子显微镜照片，可以看出AuNPs被均匀的限域在GO膜的中间；图7为本发明实施例1中制备的石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片(rGO/AuNPs/rGO)的扫描电子显微镜照片，可以看出AuNPs被均匀的限域在rGO片层的中间。
将载有rGO/AuNPs/rGO膜的玻璃片放入500mL烧杯中，加入50mL乙醇，超声10min，即可得到rGO/AuNPs/rGO纳米片分散液。
图4为本发明实施例1中制备的纳米片分散液的照片，由rGO/AuNPs/rGO膜超声破碎后形成；即为：图4为rGO/AuNPs/rGO纳米片分散液的照片，分散液为均匀的黑色。
为表明石墨烯限域的AuNPs(即rGO/AuNPs/rGO)具有更好的热稳定性，将样品进行加热，120℃组为将GO/AuNPs膜与rGO/AuNPs/rGO膜置于120℃烘箱加热1小时，500℃组为将GO/AuNPs膜与rGO/AuNPs/rGO膜置于500℃真空管式炉中，加热1小时，保护气为高纯氮气；结果如图8～图11所示：
图8为金颗粒未限域的GO/AuNPs膜在120℃加热一小时后的扫描电子显微镜照片。图9为金颗粒未限域的GO/AuNPs膜在500℃加热一小时后的扫描电子显微镜照片。图10为rGO/AuNPs/rGO膜在120℃加热一小时后的扫描电子显微镜照片。图11为rGO/AuNPs/rGO膜在500℃加热一小时后的扫描电子显微镜照片。
由图8～图11可以看出，本发明制备得到的石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片具有良好的热稳定性。
实施例2
将实施例1制备的rGO/AuNPs/rGO纳米片分散液在滤纸上抽滤，得到黑色的表面粗糙的膜；图12为本发明实施例1中制备的rGO/AuNPs/rGO抽滤在滤纸上面之后的照片；即为载有rGO/AuNPs/rGO纳米片的滤纸的复合膜照片。
该复合膜具有良好的吸光性和光热转换效率，使用氙灯分别在1个，5个，10太阳光的光强下进行照射，在达到热稳定状态后，其热量分布以及最高温度如图14-16。图13为本发明实施例1中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸的光吸收率的曲线，该膜在400nm～1200nm的波段内具有良好的光吸收；图14为本发明实施例1中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸在1个太阳光光强(1kW m-2)下的红外照片，最高温度达76.5℃；图15为本发明实施例1中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸在5个太阳光光强(5kW m-2)下的红外照片，最高温度达171.4℃。图16为本发明实施例1中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸在10个太阳光光强(10kW m-2)下的红外照片，最高温度达266.9℃。
使用吸水棉芯穿透隔热泡沫，然后将载有rGO/AuNPs/rGO纳米片的滤纸置于隔热泡沫上，制备得到水蒸发器，该水蒸发器的结构示意图为图17；图17为本发明实施例1中制备的载有rGO/AuNPs/rGO的滤纸为吸光层的光热水蒸发器的示意图；
该水蒸发器至于装有80mL水的100mL烧杯中，该水蒸发器漂浮在水面上，将其至于石英电子秤，在10太阳光的光强下照射1小时，原位记录水的重量变化记录，不同量的纳米片抽滤的滤纸具有不同的蒸发效率，在如图18。图18为本发明实施例1中制备的光热水蒸发器在10个太阳光光强(10kW m-2)下的水蒸发曲线，在载有不同量的rGO/AuNPs/rGO时，显出不同的水蒸发量。
由图18可以看出在十分钟之后，水重量的变化与时间几乎成线性正比关系，纯滤纸的样品在一小时后，水重量的减少为4kg m-2，当在滤纸上负载一定量的rGO/AuNPs/rGO纳米片后，水重量的减少有明显提高，当负载量为0.45mg cm-2时，膜为全黑色，基本处于饱和状态，此时水一小时的重量减少为11kg m-2。
对比例1
非限域结构金纳米颗粒的rGO/AuNPs纳米片的制备。玻璃片基底的预处理与金颗粒的制备与实施例1相同；
3mg mL-1氧化石墨烯(GO)的水溶液用乙醇稀释至1mg mL-1。将玻璃片浸入GO溶液中，静置5min，然后，垂直放置玻璃片，除去多余GO溶液，干燥得到GO膜。1mLKH550加入99mL乙醇中并搅拌均匀，将GO膜浸入KH550溶液中，浸泡2h，取出，用乙醇充分洗涤后再用水洗涤使KH550充分水解，再用乙醇洗涤，最后干燥，得到修饰的GO膜。将修饰的GO膜用乙醇润湿后浸入金纳米颗粒溶液，静置5min，浸泡在水中5min以洗去多余的金纳米颗粒，干燥后得到GO/AuNPs膜；
如图5可以看出，金纳米颗粒均匀的分布在GO膜上面。
500mL烧杯中加入5mL85％水合肼溶液，将载有GO/AuNPs膜的玻璃片装在50mL的烧杯中，将500mL烧杯封口后，置于95℃烘箱中加热一小时，GO复合膜还原成还原氧化石墨烯金颗粒复合膜(rGO/AuNPs)，之后用乙醇洗涤并干燥；
将载有rGO/AuNPs膜的玻璃片放入500mL烧杯中，加入50mL乙醇，超声10min，即可得到rGO/AuNPs纳米片分散液。
如图19，可以看出，在纳米片的两侧，呈现出不同的形貌，一侧为光滑的rGO膜，一侧具有均匀的金纳米颗粒分布，金颗粒没有被限域在纳米片的层间。
按照实施例2中的方法制备以rGO/AuNPs纳米片为光吸收层的光热水蒸发器，并对比得到两者的水蒸发情况，如图20所示，夹心纳米片具有较高的初始水蒸发量，并且夹心纳米片的循环循环性能也比对比例1所用纳米片要好，体现出夹心纳米片良好的稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯夹心金纳米颗粒纳米片的制备方法，包括以下步骤：
A)在基板上形成氧化石墨烯膜；
B)采用修饰剂修饰氧化石墨烯膜表面，得到带正电的氧化石墨烯膜；
C)将金颗粒复合在所述修饰的氧化石墨烯膜上，得到金颗粒-氧化石墨烯复合膜；
D)再将另一氧化石墨烯膜复合在所述金颗粒-氧化石墨烯复合膜上，得到封装后的氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜；
E)采用还原剂将氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜还原，得到还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜；
F)将所述还原氧化石墨烯夹心金颗粒复合膜从玻璃基板上去除，粉碎，得到石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述基板包括玻璃基板和硅板中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述在基板上形成氧化石墨烯膜为浸渍涂覆法，具体为：将带正电的基板直接浸渍在氧化石墨烯分散液中，干燥，得到氧化石墨烯膜。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液为0.5～2mgmL-1的乙醇分散液；所述浸渍的时间为2～5min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B)所述修饰剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C)所述复合的方式为静电诱导；步骤D)所述复合的方式为静电诱导。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金颗粒表面电荷为负电；所述金颗粒的直径为20～100nm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤E)所述还原剂为氢碘酸；所述氢碘酸的浓度为30％～45％；所述还原的温度为95℃。
9.一种石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片，包括：
还原氧化石墨烯膜层；
复合在所述还原氧化石墨烯膜上的金颗粒；
复合在所述金颗粒上的另一还原氧化石墨烯膜层。
10.一种太阳能水蒸发器，其特征在于，吸光层包括权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备得到的石墨烯夹心纳米金颗粒纳米片。
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