CN112390247A - 一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光热转换材料领域，具体涉及一种还原氧化石墨烯‑碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，首先采用水热法制备还原氧化石墨烯‑碳纳米管复合前驱体，再利用冷冻干燥法处理还原产物制备还原氧化石墨烯‑碳纳米管复合三维泡沫，最后将该复合泡沫浸渍在铯钨青铜浆料中再烘干处理，从而获得还原氧化石墨烯‑碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料。本发明中，具有交叉多孔网络结构的还原氧化石墨烯‑碳纳米管复合泡沫不仅提供了快速的水分子输送通道，还能产生多重散射作用以减少光透过损失。此外，附着在三维碳泡沫上的铯钨青铜纳米粒子可强烈吸收近红外光并产生大量热能，再通过其周围的碳基体高效传导，从而协同增强光热转换效应。

Description

一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料 及其制备方法
技术领域
本发明属于光热转换材料技术领域，具体涉及一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料及其制备方法。
背景技术
光热蒸汽转换是一种利用绿色清洁的太阳能缓解淡水资源短缺的新型技术。然而，光热材料的能量转换效率极低、升温速率较慢和水输送效率不足等原因严重限制了该技术的实际规模化应用。因此，开发高性能光热转换材料和设计高效输水结构是增强太阳能蒸汽转化效应的关键。
在地表接收的太阳光谱中，近红外光区(NIR,780～2500nm)的能量占比最高，约为50％。因此，太阳能的热量主要通过近红外光传到地表。迄今为止的研究中，碳纳米管(CNTs)和还原氧化石墨烯(rGO)等碳基材料因可扩展性强、性能稳定、导热率高及环境友好的优势获得了广泛关注。此前，曾有学者制备了三维结构的层状石墨烯泡沫[H.Ren,et al,Adv.Mater.,29(2017)1702590]，这种三维网络的构型可以产生多重散射作用，从而减少光的透射。但是，因为缺少稳定的近红外光吸收材料，样品的近红外光吸收率仅为20％，远低于可见光区，近红外波段内的大量光能无法被有效转换成热能，进而导致升温速度及其幅度仍然较低，蒸汽转化过程进展缓慢。所以，在三维碳基材料中复合近红外光吸收增强体对于提高太阳能的热转换效率至关重要。
钨青铜(MxWO3，M＝Cs,K,Na,NH4+等，0<x<1)是一种具有青铜般光泽的非化学计量化合物。该物质主要依靠导带中聚集的自由电子诱导产生局域表面等离子体共振效应，从而吸收(屏蔽)近红外光。研究表明[X.Wu,et al,Nanoscale,7(2015)17048-17054]，与现有的纳米近红外屏蔽材料如锑掺杂的氧化锡、锡铟氧化物和六硼化镧等相比，纳米铯钨青铜(CsxWO3)具有最强的近红外吸收性能，且该物质吸光后可迅速升至高温，表明其具有很强的光热转换效应。因此，CsxWO3在光热治疗领域已展现出了应用前景。然而，由于CsxWO3的可见光吸收率较低，其在太阳能蒸汽转换方面的工作鲜有报道，该领域的研究亟待拓展。
综上所述，结合CsxWO3超强的近红外光热转换效率以及碳基材料较高的导热率和可见光热转换性能，通过优势互补制备出高效的光热转换材料具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有光热转换材料领域的不足，提出一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料及其制备方法，该材料可充分吸收辐射至地球表面的太阳光能量，并将其快速转化为热能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料，由铯钨青铜纳米颗粒负载在还原氧化石墨烯-碳纳米管泡沫基体上而形成。
优选地，所述还原氧化石墨烯-碳纳米管复合泡沫基体中，碳纳米管和氧化石墨烯的质量比为：1:6～1:1，若碳纳米管的含量过高，将会因其较弱的亲水性导致所形成的复合泡沫底面附近的水分子无法充分聚集，蒸发阶段所需水源出现供应不足的情况；反之，若碳纳米管的含量过低，将导致三维泡沫体中起链接和支架作用的结构减少，降低泡沫基体的稳定性，不利于该材料的长期使用。
优选地，所述还原氧化石墨烯-碳纳米管复合泡沫基体的厚度为20～70mm，若泡沫基体过厚，会延长水输运的时间；若泡沫基体过薄，则会导致多重散射作用减弱，光的透过损失偏高，光吸收和热转换效率偏低。
本发明还提供了一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，首先采用水热法制备还原氧化石墨烯-碳纳米管复合前驱体，然后利用冷冻干燥处理还原产物制备还原氧化石墨烯-碳纳米管复合三维泡沫，最后将该复合泡沫浸渍在铯钨青铜浆料中再烘干处理，从而获得还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料。
优选地，所述方法具体包括以下步骤：
S1、在氧化石墨烯凝胶中添加去离子水，将其稀释为氧化石墨烯水溶胶，并进行超声分散处理；
S2、经S1步骤处理完毕后，在氧化石墨烯水溶胶中加入适量的碳纳米管，通过磁力搅拌混合均匀，再进行超声分散处理；
S3、经S2步骤处理完毕后，按照一定比例将氧化石墨烯-碳纳米管复合水溶胶、水合肼及氨水混合成溶液，继而放入反应釜中进行水热还原反应；
S4、经S3步骤处理完毕后，取出还原产物，采用冷冻干燥技术处理该产物，得到还原氧化石墨烯-碳纳米管复合三维泡沫样品；
S5、经S4步骤处理完毕后，将上述泡沫样品的顶面部分浸渍在铯钨青铜浆料中，经一段时间后放入烘箱去除水分，即得还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料。
优选地，步骤S1中，所述的氧化石墨烯水溶胶的浓度为2～7mg/mL，超声时间为90～180min。所述超声分散处理的时间会影响氧化石墨烯薄片的层数和尺寸，进而影响网络结构的形成。若超声时间过短，大部分氧化石墨烯仍为完整的层片状结构，容易形成堆叠而非交叉的网络结构，无法产生多重散射作用，光吸收效果减弱；若超声时间过长，氧化石墨烯薄片的尺寸被大幅缩小，极易因范德华力的作用发生团聚，从而导致孔隙率较低，水传输速度减慢。
优选地，步骤S2中，所述磁力搅拌时间为30～90min，所述超声分散处理的时间为120～180min。若超声时间过短，碳纳米管与氧化石墨烯片分散不均匀，易形成碳纳米管或氧化石墨烯的偏聚，产生沉淀，不利于形成均匀混合的立体交联结构；若超声时间过长，氧化石墨烯片尺寸变小，最终形成的碳纳米管-氧化石墨烯复合泡沫材料孔洞过密，在水中的结构不稳定。
优选地，步骤S3中，所述水合肼与氨水的混合质量比例为2:10。所述氨水提供的碱性环境既能增强水合肼的还原性，又能使氧化石墨烯更分散，从而有效且可控地还原氧化石墨烯，促进还原氧化石墨烯-碳纳米管泡沫基体对可见光波段的有效吸收，提高其光热转换效率。
优选地，步骤S3中，所述水热还原反应温度为120～240℃，反应时间为10～24h。所述还原反应温度和时间会影响泡沫基体的稳定性和亲水性，进而影响铯钨青铜纳米粒子的复合。若反应温度过低或时间过短，氧化石墨烯中的羟基和羧基等含氧基团和亲水基团残留过多，由此所得的泡沫基体的稳定性不足，浸渍在铯钨青铜浆料中容易发生塌陷；若反应温度过高或时间过长，将造成氧化石墨烯的还原程度偏高，导致泡沫基体因缺少亲水基团进而产生较强的疏水性，水分子难以聚集在其表面，进而减少摄取和传输的水量，降低光热蒸发效率。
优选地，步骤S4中，所述冷冻干燥操作中的预冻温度为-60～-20℃，冷冻时间为2～6h，真空干燥的时间为24～72h。所述预冻温度会影响泡沫基体的孔径尺寸及其分布。若温度过低，在过冷环境下，经水热反应获得的还原产物内部残留的水珠迅速凝结，还原产物因而急剧收缩，其内部的网络结构遭到应力破坏，无法形成有效的多重散射作用，光吸收效果减弱；若冻结温度过高，还原产物内部的水珠将会先发生聚集再缓慢成长为大尺寸的冰晶，进而导致真空干燥后所得泡沫基体的孔径过大，数量减少，水传输效率不足。
优选地，步骤S5中，所述铯钨青铜浆料的浓度为3～10mg/mL，若浓度过高，会堵塞泡沫内的孔隙，降低水传输的速度；若浓度过低，则将导致近红外光的吸收度不足，该波段的热转换效率偏低。
优选地，步骤S5中，所述浸渍时间为10～40min，烘干温度为40～80℃，烘干时间为60～120min。所述浸渍时间会影响铯钨青铜纳米颗粒的复合比例，进而影响太阳光的吸收和热转换。若浸渍时间过短，纳米铯钨青铜的复合比例偏低，最终所得复合泡沫的近红外光吸收度较弱，热转换能力下降；若浸渍时间过长，纳米铯钨青铜的分散程度偏低且易发生团聚，进而堵塞蒸汽的逸散通道，导致蒸汽转化效率下降。
本发明先通过水热法制备还原氧化石墨烯-碳纳米管复合前驱体，再采用冷冻干燥法处理还原产物制备还原氧化石墨烯-碳纳米管复合三维泡沫，最后将该复合泡沫浸渍在铯钨青铜浆料中，进而烘干获得还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料。本发明利用还原氧化石墨烯-碳纳米管复合泡沫的三维立体结构和低密度特性，分隔水体和蒸发区域，使光转热过程和蒸汽的产生都能集中在水面外，从而减少热量在水体内部的纵向传导损失。此外，层片状的还原氧化石墨烯与管状的碳纳米管复合后可形成交叉多孔的网络结构，其较高的孔隙率有利于水流在泡沫内部的快速传输，从而确保蒸汽转化所需的水源供给，提升反应效率。铯钨青铜的加入则将显著增强该材料对近红外光的光热转换效应，使其在自然光强下即可实现快速升温，整个反应过程持续稳定。该复合三维泡沫的耐久性好，光热转换响应时间短，工艺简单，在海水淡化和水净化等领域具有重要的应用前景。
在水热条件下制备出不同还原程度的氧化石墨烯多孔材料，利用静电作用吸附铯钨青铜纳米粒子。通过改变超声时间，有效调控还原氧化石墨烯片尺寸大小；通过冷冻干燥调控泡沫基体的立体多孔结构；利用铯钨青铜的局域表面等离子体共振效应增强太阳光能量占比最高的近红外波段的吸收，进而提升光热转换性能。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)采用水热法合成还原氧化石墨烯-碳纳米管复合泡沫的过程中，可通过改变反应温度和反应时间调整该材料内部的官能团配比，进而实现对泡沫基体微结构的有效调控，从而制备出具有高输水率的三维多孔材料。整个工艺过程操作简单、绿色环保、基体易成型且稳定性好。
2)利用碳纳米管的支架作用和管状结构，在三维空间上连接石墨烯片层，从而形成具有立体结构的泡沫。区别于石墨烯薄膜，具有碳纳米管支撑的复合泡沫可将蒸汽转化区域限制在其顶面，进而产生局部热效应，减少热量在水中的传导损失，提升热能利用率。
3)铯钨青铜纳米颗粒对近红外光的吸收率高，光热转换性能强，且转换效果持续稳定。将纳米铯钨青铜复合在碳纳米管和还原氧化石墨烯组合的泡沫基体顶面，不仅有利于弥补碳纳米管和还原氧化石墨烯对近红外光的热量转换能力的不足，更能适当降低泡沫上层的亲水性，使泡沫基体能够浮于水面之外，减少与水体接触造成的热损失，进而提高升温效率，加速蒸汽转化。
4)通过冷冻干燥处理还原产物，既有利于形成疏松多孔的三维泡沫基体，也可保护还原氧化石墨烯与碳纳米管组合而成的交叉网络结构，进而获得更高效的太阳光蒸发水性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1通过扫描电镜获得的5rGO-CNT泡沫在复合铯钨青铜纳米颗粒前后的微观结构对比图；
图2为本发明实施例2中的3rGO-CNT/(20wt％)CsxWO3复合泡沫材料在近红外灯照射下测得的升温曲线图；
图3为本发明实施例2中的3rGO-CNT/(20wt％)CsxWO3复合泡沫材料在水中的实物展示图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、在氧化石墨烯凝胶中添加去离子水，将其稀释为氧化石墨烯水溶胶，并进行超声分散处理；所述的氧化石墨烯水溶胶的浓度为2～7mg/mL，超声时间为90～180min；
S2、经S1步骤处理完毕后，在氧化石墨烯水溶胶中加入适量的碳纳米管，通过磁力搅拌混合均匀，磁力搅拌时间为30～90min，再进行超声分散处理，超声分散处理的时间为120～180min；
S3、经S2步骤处理完毕后，按照一定比例将氧化石墨烯-碳纳米管复合水溶胶、水合肼及氨水混合成溶液，水合肼与氨水的混合质量比例为2:10，继而放入水热釜中进行水热还原反应，水热还原反应温度为120～240℃，反应时间为10～24h；
S4、经S3步骤处理完毕后，取出还原产物，采用冷冻干燥技术处理该产物，冷冻干燥操作中的预冻温度为-60～-20℃，冷冻时间为2～6h，真空干燥的时间为24～72h，得到还原氧化石墨烯-碳纳米管复合三维泡沫样品；
S5、经S4步骤处理完毕后，将上述泡沫样品的顶面部分浸渍在铯钨青铜浆料中，铯钨青铜浆料的浓度为3～10mg/mL，浸渍时间为10～40min，经一段时间后放入烘箱去除水分，烘干温度为40～80℃，烘干时间为60～120min，即得还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料。
实施例1
本实施例提供了一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氧化石墨烯凝胶中添加去离子水，配制出5mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声分散160min；
(2)取10mL由上述步骤所得氧化石墨烯水溶胶，并加入与氧化石墨烯的质量比为1:5的碳纳米管10mg，随后磁力搅拌60min，再超声分散处理120min，得到氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶；
(3)在氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶中添加质量比为2:10的水合肼与氨水的混合溶液，继而放入水热釜中进行还原反应，反应温度设置为160℃，反应时间设置成14h；
(4)水热还原完毕后，将还原产物放入冷冻干燥机的冷阱，设置冻结温度为-40℃，待冻结时长达到4h后，转移该样品至冷冻干燥仪的有机玻璃罩内真空干燥48h，从而得到厚度为30mm的5rGO-CNTs复合泡沫基体；
(5)冷冻干燥完毕后，将5rGO-CNTs复合泡沫基体浸渍在浓度为7mg/mL的铯钨青铜浆料中，浸渍时间为10min。随后，将样品放入烘箱内并在60℃的环境下处理100min。完毕后取出样品，获得5rGO-CNT/(10wt％)CsxWO3的复合三维泡沫。
观察5rGO-CNT和5rGO-CNT/(10wt％)CsxWO3复合三维泡沫的微观形貌，如图1(a)所示，泡沫内部是rGO与CNTs交叉形成的多孔网络结构，且孔隙丰富，该结构非常有利于水源的摄取及水流的快速传输。在此基础上浸渍处理，如图1(b)所示，5rGO-CNT/(10wt％)CsxWO3较为完整地继承了5rGO-CNT泡沫基体的多孔网络结构，CsxWO3纳米颗粒(CsxWO3 NPs)被成功地负载在rGO的层片结构上且分散性较好，有助于增强近红外光的均匀吸收效果。
实施例2
本实施例提供了一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氧化石墨烯凝胶中添加去离子水，配制出5mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声分散120min；
(2)取15mL由上述步骤所得氧化石墨烯水溶胶，并加入与氧化石墨烯的质量比为1:3的碳纳米管25mg，随后磁力搅拌70min，再超声分散处理140min，得到氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶；
(3)在氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶中添加质量比为2:10的水合肼与氨水的混合溶液，继而放入水热釜中进行还原反应，反应温度设置为180℃，反应时间设置成12h；
(4)水热还原完毕后，将还原产物放入冷冻干燥仪的冷阱，设置预冻温度为-50℃，待冻结时长达到3h后，转移该样品至冷冻干燥仪的有机玻璃罩内真空干燥60h，从而得到厚度为50mm的3rGO-CNTs复合泡沫基体；
(5)冷冻干燥完毕后，将3rGO-CNTs复合泡沫基体浸渍在浓度为10mg/mL的铯钨青铜浆料中，浸渍时间为20min。随后，将样品放入烘箱内并在70℃的环境下处理120min。完毕后取出样品，获得3rGO-CNT/(20wt％)CsxWO3的复合三维泡沫。
测试3rGO-CNTs和3rGO-CNTs/(20wt％)CsxWO3的复合三维泡沫的升温曲线图，如图2所示。由图2可知，当照射时间大于40s后，负载适量CsxWO3的泡沫能获得更快的升温效果，且随着时间的推移，3rGO-CNTs/(20wt％)CsxWO3复合泡沫样品与3rGO-CNTs泡沫基体的温差可达14.7℃。由此表明，在相同的近红外光强照射下，负载CsxWO3可提高3rGO-CNTs泡沫基体的光热转换效率。另一方面，如图3所示，将3rGO-CNTs/(20wt％)CsxWO3复合三维泡沫置于水中，其吸水后仍能保持完整形态不塌陷。值得注意的是，负载纳米CsxWO3的泡沫顶部(A处)因亲水性较底部更弱，故处于水面之外，该区域的所处位置更利于CsxWO3纳米粒子吸收近红外光并形成局域热效应，从而获得更高的光热转换效率和蒸汽逸散速度。此外，泡沫底部(B处)因亲水性较强，有助于太阳能蒸汽转化所需的水源摄取及其快速传输。
实施例3
本实施例提供了一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氧化石墨烯凝胶中添加去离子水，配制出4mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声分散100min；
(2)取15mL由上述步骤所得氧化石墨烯水溶胶，并加入与氧化石墨烯的质量比为1:4的碳纳米管15mg，随后磁力搅拌40min，再超声分散处理160min，得到氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶；
(3)在氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶中添加质量比为2:10的水合肼与氨水的混合溶液，继而放入水热釜中进行还原反应，反应温度设置为180℃，反应时间设置成16h；
(4)水热还原完毕后，将还原产物放入冷冻干燥机的冷阱，设置冻结温度为-35℃，待冻结时长达到4h后，转移该样品至冷冻干燥仪的有机玻璃罩内真空干燥48h，从而得到厚度为45mm的4rGO-CNTs复合泡沫基体；
(5)冷冻干燥完毕后，将4rGO-CNTs复合泡沫基体浸渍在浓度为10mg/mL的铯钨青铜浆料中，浸渍时间为20min。随后，将样品放入烘箱内并在60℃的环境下处理100min。完毕后取出样品，获得4rGO-CNT/(15wt％)CsxWO3的复合三维泡沫。
实施例4
本实施例提供了一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氧化石墨烯凝胶中添加去离子水，配制出3mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声分散120min；
(2)取20mL由上述步骤所得氧化石墨烯水溶胶，并加入与氧化石墨烯的质量比为1:5的碳纳米管24mg，随后磁力搅拌60min，再超声分散处理120min，得到氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶；
(3)在氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶中添加质量比为2:10的水合肼与氨水的混合溶液，继而放入水热釜中进行还原反应，反应温度设置为220℃，反应时间设置成24h；
(4)水热还原完毕后，将还原产物放入冷冻干燥机的冷阱，设置冻结温度为-40℃，待冻结时长达到3h后，转移该样品至冷冻干燥仪的有机玻璃罩内真空干燥48h，从而得到厚度为60mm的5rGO-CNTs复合泡沫基体；
(5)冷冻干燥完毕后，将5rGO-CNTs复合泡沫基体浸渍在浓度为8mg/mL的铯钨青铜浆料中，浸渍时间为30min。随后，将样品放入烘箱内并在70℃的环境下处理90min。完毕后取出样品，获得5rGO-CNT/(25wt％)CsxWO3的复合三维泡沫。
实施例5
本实施例提供了一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氧化石墨烯凝胶中添加去离子水，配制出7mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声分散160min；
(2)取10mL由上述步骤所得氧化石墨烯水溶胶，并加入与氧化石墨烯的质量比为1:1的碳纳米管70mg，随后磁力搅拌80min，再超声分散处理180min，得到氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶；
(3)在氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶中添加质量比为2:10的水合肼与氨水的混合溶液，继而放入水热釜中进行还原反应，反应温度设置为200℃，反应时间设置成20h；
(4)水热还原完毕后，将还原产物放入冷冻干燥机的冷阱，设置冻结温度为-30℃，待冻结时长达到6h后，转移该样品至冷冻干燥仪的有机玻璃罩内真空干燥48h，从而得到厚度为70mm的rGO-CNTs复合泡沫基体；
(5)冷冻干燥完毕后，将rGO-CNTs复合泡沫基体浸渍在浓度为6mg/mL的铯钨青铜浆料中，浸渍时间为20min。随后，将样品放入烘箱内并在80℃的环境下处理80min。完毕后取出样品，获得rGO-CNT/(17wt％)CsxWO3的复合三维泡沫。
实施例6
本实施例提供了一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氧化石墨烯凝胶中添加去离子水，配制出4mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声分散180min；
(2)取10mL由上述步骤所得氧化石墨烯水溶胶，并加入与氧化石墨烯的质量比为1:1的碳纳米管40mg，随后磁力搅拌60min，再超声分散处理160min，得到氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶；
(3)在氧化石墨烯-碳纳米管混合水溶胶中添加质量比为2:10的水合肼与氨水的混合溶液，继而放入水热釜中进行还原反应，反应温度设置为200℃，反应时间设置成18h；
(4)水热还原完毕后，将还原产物放入冷冻干燥机的冷阱，设置冻结温度为-40℃，待冻结时长达到2h后，转移该样品至冷冻干燥仪的有机玻璃罩内真空干燥48h，从而得到厚度为40mm的rGO-CNTs复合泡沫基体；
(5)冷冻干燥完毕后，将rGO-CNTs复合泡沫基体浸渍在浓度为5mg/mL的铯钨青铜浆料中，浸渍时间为10min。随后，将样品放入烘箱内并在60℃的环境下处理100min。完毕后取出样品，获得rGO-CNT/(8wt％)CsxWO3的复合三维泡沫。

Claims (10)

1.一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料，其特征在于，由铯钨青铜纳米颗粒负载在还原氧化石墨烯-碳纳米管泡沫基体上而形成。
2.根据权利要求1所述的还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料，其特征在于，所述还原氧化石墨烯-碳纳米管复合泡沫基体中，碳纳米管和氧化石墨烯的质量比为：1:6～1:1。
3.一种还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，其特征在于，首先采用水热法制备还原氧化石墨烯-碳纳米管复合前驱体，然后利用冷冻干燥法处理还原产物制备还原氧化石墨烯-碳纳米管复合三维泡沫，最后将该复合泡沫浸渍在铯钨青铜浆料中再烘干处理，从而获得还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料。
4.根据权利要求3所述的还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、在氧化石墨烯凝胶中添加去离子水，将其稀释为氧化石墨烯水溶胶，并进行超声分散处理；
S2、经S1步骤处理完毕后，在氧化石墨烯水溶胶中加入适量的碳纳米管，通过磁力搅拌混合均匀，再进行超声分散处理；
S3、经S2步骤处理完毕后，按照一定比例将氧化石墨烯-碳纳米管复合水溶胶、水合肼及氨水混合成溶液，继而放入反应釜中进行水热还原反应；
S4、经S3步骤处理完毕后，取出还原产物，采用冷冻干燥技术处理该产物，得到还原氧化石墨烯-碳纳米管复合三维泡沫样品；
S5、经S4步骤处理完毕后，将上述泡沫样品的顶面部分浸渍在铯钨青铜浆料中，经一段时间后放入烘箱去除水分，即得还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料。
5.根据权利要求4所述的还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述的氧化石墨烯水溶胶的浓度为2～7mg/mL，超声时间为90～180min。
6.根据权利要求4所述的还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述磁力搅拌时间为30～90min，所述超声分散处理的时间为120～180min。
7.根据权利要求4所述的还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述水合肼与氨水的混合质量比为2:10。
8.根据权利要求5所述的还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述水热还原反应温度为120～240℃，反应时间为10～24h。
9.根据权利要求4所述的还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述冷冻干燥处理的温度为-60～-20℃，冷冻时间为2～6h，真空干燥的时间为24～72h。
10.根据权利要求4所述的还原氧化石墨烯-碳纳米管/铯钨青铜复合三维泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述铯钨青铜浆料的浓度为3～10mg/mL，浸渍时间为10～40min，烘干温度为40～80℃，烘干时间为60～120min。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113409985A (zh) * 2021-06-21 2021-09-17 中科检测技术服务(重庆)有限公司 一种纳米铜导电浆料的制备及其应用
CN113504297A (zh) * 2021-06-29 2021-10-15 浙江大学 用于三甲胺气体检测的qcm传感器的制备方法及传感器
CN115744887A (zh) * 2022-10-31 2023-03-07 陕西科技大学 一种增强还原氧化石墨烯/碳纳米管/热解碳复合材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103877575A (zh) * 2014-04-02 2014-06-25 大连工业大学 轻质介孔复合气凝胶材料及其制备方法
JP2016098117A (ja) * 2014-11-18 2016-05-30 国立研究開発法人物質・材料研究機構 グラフェン酸化物発泡体、グラフェン酸化物／カーボンナノチューブ複合体発泡体、グラフェン・エアロゲル又はグラフェン／カーボンナノチューブ複合体エアロゲル及びそれらの製造方法
US9437372B1 (en) * 2016-01-11 2016-09-06 Nanotek Instruments, Inc. Process for producing graphene foam supercapacitor electrode
CN108439389A (zh) * 2018-04-11 2018-08-24 同济大学 一种具有超材料性能的碳纳米管/石墨烯泡沫的制备方法
CN109439060A (zh) * 2018-11-27 2019-03-08 深圳大学 一种铯钨青铜/石墨烯复合粉体及其制备方法与应用
CN110801856A (zh) * 2019-11-25 2020-02-18 兰州大学 一种石墨相氮化碳-铵钨青铜复合光催化剂的合成及其应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103877575A (zh) * 2014-04-02 2014-06-25 大连工业大学 轻质介孔复合气凝胶材料及其制备方法
JP2016098117A (ja) * 2014-11-18 2016-05-30 国立研究開発法人物質・材料研究機構 グラフェン酸化物発泡体、グラフェン酸化物／カーボンナノチューブ複合体発泡体、グラフェン・エアロゲル又はグラフェン／カーボンナノチューブ複合体エアロゲル及びそれらの製造方法
US9437372B1 (en) * 2016-01-11 2016-09-06 Nanotek Instruments, Inc. Process for producing graphene foam supercapacitor electrode
CN108439389A (zh) * 2018-04-11 2018-08-24 同济大学 一种具有超材料性能的碳纳米管/石墨烯泡沫的制备方法
CN109439060A (zh) * 2018-11-27 2019-03-08 深圳大学 一种铯钨青铜/石墨烯复合粉体及其制备方法与应用
CN110801856A (zh) * 2019-11-25 2020-02-18 兰州大学 一种石墨相氮化碳-铵钨青铜复合光催化剂的合成及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宁雯雯: "多功能铯钨青铜红外屏蔽材料的合成及光热性能的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113409985A (zh) * 2021-06-21 2021-09-17 中科检测技术服务(重庆)有限公司 一种纳米铜导电浆料的制备及其应用
CN113409985B (zh) * 2021-06-21 2023-05-23 中科检测技术服务(重庆)有限公司 一种纳米铜导电浆料的制备及其应用
CN113504297A (zh) * 2021-06-29 2021-10-15 浙江大学 用于三甲胺气体检测的qcm传感器的制备方法及传感器
CN115744887A (zh) * 2022-10-31 2023-03-07 陕西科技大学 一种增强还原氧化石墨烯/碳纳米管/热解碳复合材料及其制备方法

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