CN109439060A - 一种铯钨青铜/石墨烯复合粉体及其制备方法与应用 - Google Patents

一种铯钨青铜/石墨烯复合粉体及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铯钨青铜/石墨烯复合粉体及其制备方法与应用。方法包括步骤：将石墨烯分散液，与碳酸铯、钨酸钠、柠檬酸溶液混合均匀，得到前驱液，经水热反应、水洗、醇洗、干燥后制得Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体。本发明利用水热法将铯钨青铜和石墨烯复合，合成工艺简单、高效和产量大；制得的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体结晶性、复合效果、隔热性能均较好，可应用于透明隔热玻璃涂料或薄膜中，同时利用石墨烯的高散热效果，提高了隔热效率，降低玻璃破裂的风险，具有很好的应用前景。

Description

一种铯钨青铜/石墨烯复合粉体及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及石墨烯复合材料技术领域，尤其涉及一种Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体及其制备方法与应用。
背景技术
石墨烯是一种新型的由碳原子组成的单层片状结构材料，它具有高的光学透射率、大的比表面积、高的电子迁移率、低的电阻率、高的热导率等优良性质。将纳米颗粒嵌入到层状石墨烯中，阻止石墨烯的团聚，同时通过组成部分的协同效应可以赋予石墨烯新的功能。
钨青铜有和WO3相近的宽隙宽度（2.5~2.8eV），对可见光透过率高，并可以通过本征吸收的方式遮蔽紫外线。钨青铜中空隙位插入的阳离子M会将其S轨道电子注入导带形成自由电子，使材料中钨离子转变为混合价态，从而表现出很高的导电性。光照下的纳米级钨青铜，其中的自由电子会随光辐射产生电磁场震荡，并在材料表面出现局域表面等离子体共振效应，从而强烈屏蔽红外光。因此，钨青铜材料被广泛应用于建筑透明隔热涂料、薄膜中。但是钨青铜、氧化锡锑、氧化铟锡等此类型应用于建筑透明隔热玻璃涂料、薄膜中的无机粉体均通过吸收来达到隔热的效果，这就导致玻璃会产生二次辐射，降低隔热的效率，同时此类型材料传热系数较小，导致玻璃的集热程度过高，出现玻璃破裂的情况，限制了这一类材料的实际应用和产业化。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体及其制备方法与应用，旨在解决现有氧化物/石墨烯复合粉体制备方法存在的工艺复杂、产量小、重现性差，现有制备方法所制氧化物/石墨烯复合粉体产品粒径大、杂质多和复合度差，现有建筑透明隔热玻璃涂料、薄膜所用无机功能粉体散热效果差等问题。
本发明的技术方案如下：
一种Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其中，包括步骤：
（1）取石墨烯粉末，加入去离子水中，超声分散，得到石墨烯分散液；
（2）取二水钨酸钠，加入去离子水中搅拌溶解，再取碳酸铯与柠檬酸，加入去离子水中搅拌溶解；
（3）将步骤（2）所制两种混合液与步骤（1）所制石墨烯分散液混合，搅拌均匀，静置；
（4）将步骤（3）所制混合液进行水热反应；
（5）将步骤（4）得到的固液混合物进行水洗、醇洗，离心分离，干燥，得到Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体。
所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其中，步骤（1）中，所述石墨烯厚度为0.5-3 μm，层数＜10。
所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其中，步骤（2）中，所述二水钨酸钠与碳酸铯的摩尔比为6~10。
所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其中，步骤（4）中，所述水热反应的水热温度为180~200℃。
所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其中，步骤（4）中，所述水热反应的水热时间为3~5d。
所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其中，步骤（5）中，所述离心分离的转速为3000~5000 r/min，时间为30~60 min。
所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其中，步骤（5）中，所述干燥的温度为60~80℃，时间为5~8h。
一种Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体，其中，采用本发明所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法制备得到；
所述Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体包括：Cs0.3WO3纳米粒子和石墨烯，所述Cs0.3WO3纳米粒子负载在石墨烯表面上；
所述Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体中，Cs0.3WO3纳米粒子的质量百分比为70~80%，石墨烯的质量百分比为20~30%。
一种本发明所述Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体在隔热涂料或隔热薄膜中的应用。
有益效果：本发明利用水热法将铯钨青铜（Cs0.3WO3）和石墨烯复合，合成工艺简单、高效和产量大，有效解决了Cs0.3WO3/石墨烯复合难度大、无法产业化的问题；制得的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体结晶性、复合效果、隔热性能均较好，可应用于透明隔热玻璃涂料或薄膜中，同时利用石墨烯的高散热效果，提高了隔热效率，降低玻璃破裂的风险，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1得到的石墨烯、Cs0.3WO3/石墨烯和Cs0.3WO3的XRD图。
图2为实施例1得到的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的拉曼光谱图。
图3为实施例1得到的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的EDX图。
图4a为实施例1得到的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的XPS全谱图。
图4b为实施例1得到的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的W元素分谱图。
图4c为实施例1得到的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的C元素分谱图。
图5a为实施例1得到的Cs0.3WO3的FESEM图。
图5b为实施例1得到的石墨烯的FESEM图。
图5c为实施例1得到的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的FESEM图。
具体实施方式
本发明提供一种Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其中，包括步骤：
（1）取石墨烯粉末，加入去离子水中，超声分散，得到石墨烯分散液；
（2）取二水钨酸钠，加入去离子水中搅拌溶解，再取碳酸铯与柠檬酸，加入去离子水中搅拌溶解；
（3）将步骤（2）所制两种混合液与步骤（1）所制石墨烯分散液混合，搅拌均匀，静置；
（4）将步骤（3）所制混合液进行水热反应；
（5）将步骤（4）得到的固液混合物进行水洗、醇洗，离心分离，干燥，得到Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体。
本发明利用水热法将铯钨青铜和石墨烯复合，合成工艺简单、高效和产量大，有效解决了Cs0.3WO3/石墨烯复合难度大、无法产业化的问题；制得的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体结晶性、复合效果、隔热性能均较好，可应用于透明隔热玻璃涂料或薄膜中，同时利用石墨烯的高散热效果，提高了隔热效率，降低玻璃破裂的风险，具有很好的应用前景。
步骤（1）中，在一种优选的实施方式中，所述石墨烯厚度为0.5-3 μm，层数＜10。
步骤（2）中，在一种优选的实施方式中，所述二水钨酸钠与碳酸铯的摩尔比为6~10。该摩尔比下制备的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体具有高的透射率。
步骤（4）中，在一种优选的实施方式中，所述水热反应的水热温度为180~200℃。此温度范围反应制备的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体结晶度最高。
步骤（4）中，在一种优选的实施方式中，所述水热反应的水热时间为3~5d。此时间范围反应制备的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体复合的石墨烯量最多。
步骤（5）中，在一种优选的实施方式中，所述离心分离的转速为3000~5000 r/min，时间为30~60 min。
步骤（5）中，在一种优选的实施方式中，所述干燥的温度为60~80℃，时间为5~8 h。
本发明实施例还提供一种Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体，其中，采用所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法制备得到；
所述Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体包括：Cs0.3WO3纳米粒子和石墨烯，所述Cs0.3WO3纳米粒子负载在石墨烯表面上；
所述Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体中，Cs0.3WO3纳米粒子的质量百分比为70~80%，石墨烯的质量百分比为20~30%。
本发明实施例还提供一种所述Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体在隔热涂料或隔热薄膜中的应用。
本发明所述Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体结晶性、复合效果、隔热性能均较好，可应用于透明隔热玻璃涂料或薄膜中，同时利用石墨烯的高散热效果，提高了隔热效率，降低玻璃破裂的风险，具有很好的应用前景。
下面通过具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
（1）称取20mg石墨烯粉末，加入20ml去离子水，超声分散60min；
（2）称取2.9685g二水钨酸钠，加入20ml去离子水搅拌溶解，再称取0.4907g碳酸铯与8.6055g柠檬酸，加入20ml去离子水，使其搅拌溶解；
（3）将步骤（2）所制两种混合液与步骤（1）所制石墨烯分散液搅拌混合均匀，静置20min；
（4）将步骤（3）所制混合液转入聚四氟乙烯内衬中，进行高压水热反应，其中，水热温度为180℃，水热时间为3d；
（5）将步骤（4）得到的固液混合物进行水洗、醇洗、离心分离，在80℃干燥12h，得到Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体，其中，离心分离的转速为5000 r/min，时间为30 min。
测试结果：
图1为本实施例得到的石墨烯、Cs0.3WO3/石墨烯和Cs0.3WO3的XRD图。从图可知，Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的XRD图与Cs0.3WO3相类似，都为六方晶相。
图2为本实施例得到的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的拉曼光谱图。从图可知，在复合粉体中，明显存在着石墨烯的特征峰，即G带与D带，说明复合成功。
图3为本实施例得到的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的EDX图，图谱中出现C、O、Cs、W四种元素，说明产物仅含C、O、Cs、W四种元素，其中Cs与W的摩尔比约为0.3，与XRD检测结果一致。
图4a、图4b、图4c分别为本实施例得到的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的XPS全谱图和W元素分谱图、C元素分谱图。从W元素分谱图中可知，W元素拟合为两个自旋轨道分峰，可以分别归因为W6+与W5+。从C元素的元素分谱图中可知，石墨烯出现与Cs0.3WO3的作用化学键，进一步说明复合成功。
图5a、图5b、图5c分别为本实施例得到的Cs0.3WO3、石墨烯和Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的FESEM图，从图中可以清晰得看出棒状的Cs0.3WO3负载于石墨烯上，并且部分Cs0.3WO3与石墨烯相结合。
实施例2
（1）称取20mg石墨烯粉末，加入20ml去离子水，超声分散60min；
（2）称取2.9685g二水钨酸钠，加入20ml去离子水搅拌溶解，再称取0.4907g碳酸铯与8.6055g柠檬酸，加入20ml去离子水，使其搅拌溶解；
（3）将步骤（2）所制两种混合液与步骤（1）所制石墨烯分散液搅拌混合均匀，静置20min；
（4）将步骤（3）所制混合液转入聚四氟乙烯内衬中，进行高压水热反应，其中，水热温度为200℃，水热时间为4d；
（5）将步骤（4）得到的固液混合物进行水洗、醇洗、离心分离，在80℃干燥12h，得到Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体，其中，离心分离的转速为5000 r/min，时间为30 min。
实施例3
（1）称取20mg石墨烯粉末，加入20ml去离子水，超声分散60min；
（2）称取2.9685g二水钨酸钠，加入20ml去离子水搅拌溶解，再称取0.4907g碳酸铯与8.6055g柠檬酸，加入20ml去离子水，使其搅拌溶解；
（3）将步骤（2）所制两种混合液与步骤（1）所制石墨烯分散液搅拌混合均匀，静置20min；
（4）将步骤（3）所制混合液转入聚四氟乙烯内衬中，进行高压水热反应，其中，水热温度为190℃，水热时间为5d；
（5）将步骤（4）得到的固液混合物进行水洗、醇洗、离心分离，在80℃干燥12h，得到Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体，其中，离心分离的转速为5000 r/min，时间为30 min。
综上所述，本发明提供的一种Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体及其制备方法与应用，本发明利用水热法将铯钨青铜和石墨烯复合，合成工艺简单、高效和产量大，有效解决了Cs0.3WO3/石墨烯复合难度大、无法产业化的问题；制得的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体结晶性、复合效果、隔热性能均较好，可应用于透明隔热玻璃涂料或薄膜中，同时利用石墨烯的高散热效果，提高了隔热效率，降低玻璃破裂的风险，具有很好的应用前景。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于，包括步骤：
（1）取石墨烯粉末，加入去离子水中，超声分散，得到石墨烯分散液；
（2）取二水钨酸钠，加入去离子水中搅拌溶解，再取碳酸铯与柠檬酸，加入去离子水中搅拌溶解；
（3）将步骤（2）所制两种混合液与步骤（1）所制石墨烯分散液混合，搅拌均匀，静置；
（4）将步骤（3）所制混合液进行水热反应；
（5）将步骤（4）得到的固液混合物进行水洗、醇洗，离心分离，干燥，得到Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体。
2.根据权利要求1所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述石墨烯厚度为0.5-3 μm，层数＜10。
3.根据权利要求1所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述二水钨酸钠与碳酸铯的摩尔比为6~10。
4.根据权利要求1所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述水热反应的水热温度为180~200℃。
5.根据权利要求1所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述水热反应的水热时间为3~5d。
6.根据权利要求1所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述离心分离的转速为3000~5000 r/min，时间为30~60 min。
7.根据权利要求1所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述干燥的温度为60~80 ℃，时间为5~8 h。
8.一种Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体的制备方法制备得到；
所述Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体包括：Cs0.3WO3纳米粒子和石墨烯，所述Cs0.3WO3纳米粒子负载在石墨烯表面上；
所述Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体中，Cs0.3WO3纳米粒子的质量百分比为70~80%，石墨烯的质量百分比为20~30%。
9.一种权利要求8所述Cs0.3WO3/石墨烯复合粉体在隔热涂料或隔热薄膜中的应用。
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