CN108609612A - 一种制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法 - Google Patents

一种制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法，是将聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液、二水合氯化亚锡的乙醇溶液和氧化石墨烯的乙醇溶液依次加入反应器中，在氩气环境中混合均匀；将硼氢化钠的乙醇溶液加入混合溶液中，室温下搅拌均匀，然后进行还原反应；反应结束后洗涤并干燥，得到锡/石墨烯纳米复合材料。本发明方法制备的锡/石墨烯纳米复合材料中氧化石墨烯的还原度较高，且设备及工艺简单，为锡/石墨烯的制备提供了一种绿色，环境友好的方法。

Description

一种制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法
技术领域
本发明涉及一种纳米复合材料的制备方法，具体地说是一种制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法。
背景技术
自2004年英国曼彻斯特大学Geim等人发现石墨烯以来，石墨烯因其具有独特的物理化学特性，而得到广泛的研究。研究发现：其与电磁波发生相互作用时，表现出具有与贵金属类似的表面等离激元特性。石墨烯表面等离激元的共振频率主要集中在红外、太赫兹等长波长波段，限制了其应用范围。然而其表面等离激元共振的频率可通过掺杂(如金属纳米颗粒)、外加电场等方式进行调控。因此，通过掺杂金属，实现金属对石墨烯表面等离子性质的调节引起了广大研究者的兴趣。
金属与石墨烯之间的“热电子转移”，不仅可以调控金属纳米颗粒的等离激元共振频率，同时也影响石墨烯的吸收特性。而近年来对金属纳米材料的研究主要集中在金、银等贵金属，然而这些金属与石墨烯之间的结合会引入电子缺陷，因而探索与石墨烯同主族的金属锡纳米粒子，研究无电子缺陷的金属锡/石墨烯的纳米复合材料具有重要的现实意义。
目前制备金属纳米颗粒与石墨烯纳米复合材料的方法很多，但是对于金属锡与石墨烯纳米复合材料却鲜有报道。Wang Guoliu等人曾成功了制备锡/石墨烯纳米复合材料(Wang G et al. Journal of Materials Chemistry,2009,19,8378)，且制得的锡纳米颗粒粒径在2-5nm之间。然而该制备方法需在冰浴中进行，且后续需要高温退火处理，工艺复杂、成本较高。
发明内容
本发明旨在提供一种制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法，以低成本制备具有较高还原度的锡/石墨烯纳米复合材料。本方法可以显著减少石墨烯表面的未还原基团和缺陷的数量，并且制备的锡纳米颗粒的氧化程度较低，提高了纳米复合材料的性能。
本发明制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法，包括如下步骤：
步骤1：室温下，将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙醇溶液、二水合氯化亚锡(SnCl2·2H2O)的乙醇溶液和氧化石墨烯的乙醇溶液依次加入反应器中，在氩气环境中混合均匀；
步骤2：将硼氢化钠(NaBH4)的乙醇溶液加入步骤1获得的混合溶液中，室温下搅拌均匀，然后进行还原反应；反应结束后洗涤并干燥，得到锡/石墨烯纳米复合材料。
步骤1中，聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液的浓度为5-27.5mg/ml；二水合氯化亚锡的乙醇溶液的浓度为5-12mg/ml；氧化石墨烯的乙醇溶液的浓度为3mg/ml。
步骤2中，硼氢化钠的乙醇溶液的浓度为5-27.5mg/ml。
聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液、二水合氯化亚锡的乙醇溶液、氧化石墨烯的乙醇溶液、硼氢化钠的乙醇溶液之间的体积比为20:10:2.5:20。
步骤2中，还原反应的温度为90-180℃，反应时间为6小时。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明在制备锡/石墨烯纳米复合材料过程中，操作简单，成本较低。
2、本发明制备的石墨烯还原程度较高。
附图说明
图1是实施例1中锡/石墨烯纳米复合材料的XRD图谱(a)和拉曼光谱(b)；XRD图谱中可看出氧化石墨烯位于10°附近的衍射峰消失说明了氧化石墨烯被还原，同时在拉曼光谱中石墨烯的D带强度高于G带(ID/IG＝1.079)说明石墨烯具有较高的还原度。
图2是实施例2中锡/石墨烯纳米复合材料的TEM照片。
图3是实施例2中锡/石墨烯纳米复合材料的XRD图谱(a)和拉曼光谱(b)；XRD图谱中可看出氧化石墨烯位于10°附近的衍射峰消失说明了氧化石墨烯被还原，同时在拉曼光谱中石墨烯的D带强度高于G带(ID/IG＝1.127)说明石墨烯具有较高的还原度。
图4是实施例3中锡/石墨烯纳米复合材料的XRD图谱,图谱中可看出氧化石墨烯位于10°附近的衍射峰消失说明了氧化石墨烯被还原。
图5是实施例5中锡/石墨烯纳米复合材料的XRD图谱(a)和拉曼光谱(b)；XRD图谱中可看出氧化石墨烯位于10°附近的衍射峰消失说明了氧化石墨烯被还原，同时在拉曼光谱中石墨烯的D带强度高于G带(ID/IG＝1.083)说明石墨烯具有较高的还原度。
具体实施方式
实施例1：
本实施例中制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法如下：
1、取2.5ml浓度为3mg/ml的氧化石墨烯乙醇溶液超声分散1h，备用；
将200mg聚乙烯吡咯烷酮溶于20ml乙醇中，配成溶液，备用；
将90mg二水合氯化亚锡溶于10ml乙醇中，配成溶液，备用；
将200ml硼氢化钠溶于20ml乙醇中，配成溶液，备用。
2、室温下，将聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液、二水合氯化亚锡的乙醇溶液和氧化石墨烯的乙醇溶液依次加入反应器中，在氩气环境中混合均匀；
3、将硼氢化钠的乙醇溶液加入步骤1获得的混合溶液中，室温下搅拌均匀，然后于180℃下还原反应6h；反应结束后洗涤并干燥，得到锡/石墨烯纳米复合材料。产物的XRD图谱见图1(a)，拉曼图谱见图1(b)。
实施例2：
本实施例中制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法如下：
1、取2.5ml浓度为3mg/ml的氧化石墨烯乙醇溶液超声分散1h，备用；
将200mg聚乙烯吡咯烷酮溶于20ml乙醇中，配成溶液，备用；
将120mg二水合氯化亚锡溶于10ml乙醇中，配成溶液，备用；
将200ml硼氢化钠溶于20ml乙醇中，配成溶液，备用。
2、室温下，将聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液、二水合氯化亚锡的乙醇溶液和氧化石墨烯的乙醇溶液依次加入反应器中，在氩气环境中混合均匀；
3、将硼氢化钠的乙醇溶液加入步骤1获得的混合溶液中，室温下搅拌均匀，然后于180℃下还原反应6h；反应结束后洗涤并干燥，得到锡/石墨烯纳米复合材料。产物的TEM照片见图2，XRD图谱见图3(a)，拉曼图谱见图3(b)。
实施例3：
本实施例中制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法如下：
1、取2.5ml浓度为3mg/ml的氧化石墨烯乙醇溶液超声分散1h，备用；
将100mg聚乙烯吡咯烷酮溶于20ml乙醇中，配成溶液，备用；
将90mg二水合氯化亚锡溶于10ml乙醇中，配成溶液，备用；
将100ml硼氢化钠溶于20ml乙醇中，配成溶液，备用。
2、室温下，将聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液、二水合氯化亚锡的乙醇溶液和氧化石墨烯的乙醇溶液依次加入反应器中，在氩气环境中混合均匀；
3、将硼氢化钠的乙醇溶液加入步骤1获得的混合溶液中，室温下搅拌均匀，然后于90℃下还原反应6h；反应结束后洗涤并干燥，得到锡/石墨烯纳米复合材料。产物的XRD图谱见图4。
实施例4：
本实施例中制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法如下：
1、取2.5ml浓度为3mg/ml的氧化石墨烯乙醇溶液超声分散1h，备用；
将550mg聚乙烯吡咯烷酮溶于20ml乙醇中，配成溶液，备用；
将110mg二水合氯化亚锡溶于10ml乙醇中，配成溶液，备用；
将550ml硼氢化钠溶于20ml乙醇中，配成溶液，备用。
2、室温下，将聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液、二水合氯化亚锡的乙醇溶液和氧化石墨烯的乙醇溶液依次加入反应器中，在氩气环境中混合均匀；
3、将硼氢化钠的乙醇溶液加入步骤1获得的混合溶液中，室温下搅拌均匀，然后于90℃下还原反应6h；反应结束后洗涤并干燥，得到锡/石墨烯纳米复合材料。
实施例5：
本实施例中制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法如下：
1、取2.5ml浓度为3mg/ml的氧化石墨烯乙醇溶液超声分散1h，备用；
将250mg聚乙烯吡咯烷酮溶于20ml乙醇中，配成溶液，备用；
将50mg二水合氯化亚锡溶于10ml乙醇中，配成溶液，备用；
将250ml硼氢化钠溶于20ml乙醇中，配成溶液，备用。
2、室温下，将聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液、二水合氯化亚锡的乙醇溶液和氧化石墨烯的乙醇溶液依次加入反应器中，在氩气环境中混合均匀；
3、将硼氢化钠的乙醇溶液加入步骤1获得的混合溶液中，室温下搅拌均匀，然后于90℃下还原反应6h；反应结束后洗涤并干燥，得到锡/石墨烯纳米复合材料。产物的XRD图谱见图5(a)，拉曼图谱见图5(b)。

Claims (5)

1.一种制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：室温下，将聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液、二水合氯化亚锡的乙醇溶液和氧化石墨烯的乙醇溶液依次加入反应器中，在氩气环境中混合均匀；
步骤2：将硼氢化钠的乙醇溶液加入步骤1获得的混合溶液中，室温下搅拌均匀，然后进行还原反应；反应结束后洗涤并干燥，得到锡/石墨烯纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法，其特征在于：
步骤1中，聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液的浓度为5-27.5mg/ml；二水合氯化亚锡的乙醇溶液的浓度为5-12mg/ml；氧化石墨烯的乙醇溶液的浓度为3mg/ml。
3.根据权利要求1所述的制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法，其特征在于：
步骤2中，硼氢化钠的乙醇溶液的浓度为5-27.5mg/ml。
4.根据权利要求1、2或3所述的制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法，其特征在于：
聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液、二水合氯化亚锡的乙醇溶液、氧化石墨烯的乙醇溶液、硼氢化钠的乙醇溶液之间的体积比为20:10:2.5:20。
5.根据权利要求1所述的制备锡/石墨烯纳米复合材料的溶剂热共还原法，其特征在于：
步骤2中，还原反应的温度为90-180℃，反应时间为6小时。
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