專利名稱：一種利用伽馬射線制備石墨烯/鎳納米復合材料的方法
技術領域：
本發明屬于納米復合材料及輻射化學交叉領域，特別是涉及一種利用伽馬射線制備石墨烯/鎳納米復合材料的制備方法。
背景技術：
石墨烯是一種二維(2D)平面結構的單層石墨晶體，它是構筑其它維度碳材料(0D富勒烯、ID碳納米管、3D石墨)的基本結構單元。石墨烯具有良好的結晶性及優異的電學、熱學和力學性能，自2004年被成功制備以來，迅速引發了各個領域對它的研究熱潮。由于 石墨烯具有性能優異、成本低廉、可加工性好等諸多優勢，它在電子、信息、能源、材料和醫藥領域必將有廣闊的應用前景。石墨烯的制備技術越來越完善，為基于石墨烯而構建的新型材料的研究和開發奠定了良好的基礎，提供了原料的保障。通過化學修飾是實現對石墨烯的功能化的一個有效途徑。文獻中已有報道采用水合肼作為還原劑，還原氧化石墨和氯化鎳的混合溶液制備石墨烯-納米鎳復合材料，此法所得到的鎳粒子尺寸較大且不容易控制，團聚較為嚴重，需加入表面活性劑、有機溶劑等來抑制其團聚，在一定程度上增加了成本；另外，水合肼作為還原劑對環境危害較大。
發明內容
本發明是要解決現有方法制備石墨烯-鎳納米復合材料成本高、對環境危害大的問題，而提供了一種利用伽馬射線制備石墨烯/鎳納米復合材料的方法。一、氧化石墨的制備采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化反應制備氧化石墨；二、將步驟一制備的氧化石墨與鎳鹽進行混合，然后超聲分散于去離子水中得到混合溶液；其中，混合溶液中氧化石墨與鎳鹽質量比為1: (I 4)，混合溶液中氧化石墨的濃度為3 7g/L ；三、向混合溶液中滴加異丙醇，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；其中，所述混合溶液與異丙醇的體積比為1: (O. 05 O. 4)，所述伽馬射線劑量為20 80Gy/min,照射時間為4 8h ;四、將產物經離心分離、清洗和干燥后即得到石墨烯/鎳納米復合材料。有益效果1、本發明所涉及到的反應均在常溫常壓下進行，反應條件溫和、制備成本低廉，特別適合材料的量化生產。2、本發明實施方法簡單，可控性強，具有良好的重現性，生成的產品質量穩定。3、本發明實施過程中所用試劑易于清除，同時不需要表面活性劑和有機溶劑，對環境危害小，并且制備的產物純度高。
圖1是試驗I中制備的石墨烯/鎳納米復合材料的TEM圖；圖2是試驗I中制備的石墨烯/鎳納米復合材料的XRD圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的一種利用伽馬射線制備石墨烯/鎳納米復合材料的方法按以下步驟實現一、氧化石墨的制備采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化反應制備氧化石墨；二、將步驟一制備的氧化石墨與鎳鹽進行混合，然后超聲分散于去離子水中得到混合溶液；其中，混合溶液中氧化石墨與鎳鹽質量比為1: (I 4)，混合溶液中氧化石墨 的濃度為3 7g/L ；三、向混合溶液中滴加異丙醇，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；其中，所述混合溶液與異丙醇的體積比為1: (O. 05 O. 4)，所述伽馬射線劑量為20 80Gy/min,照射時間為4 8h ;四、將產物經離心分離、清洗和干燥后即得到石墨烯/鎳納米復合材料。本實施方式效果1、本發明所涉及到的反應均在常溫常壓下進行，反應條件溫和、制備成本低廉，特別適合材料的量化生產。2、本發明實施方法簡單，可控性強，具有良好的重現性，生成的產品質量穩定。3、本發明實施過程中所用試劑易于清除，同時不需要表面活性劑和有機溶劑，對環境危害小，并且制備的產物純度高。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化反應制備氧化石墨的方法為一、向三頸瓶中加入150ml質量濃度為98%的濃硫酸，然后在冰水浴下向三頸瓶中加入6g天然鱗片石墨,攪拌加入19. 5g KMnO4,然后控制反應溫度在O 20V反應Ih后在O 35°C反應2h得到反應液；二、將反應液轉入500ml蒸餾水中，在60°C反應Ih后轉移至1400ml蒸餾水和IOOml質量濃度為3%雙氧水的混合液中，繼續攪拌24h，過濾、洗滌，60°C干燥即完成了氧化石墨的制備。其他參數與步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟二中的鎳鹽為乙酸鎳或氯化鎳。其他參數與步驟與具體實施方式
一或二相同。通過以下試驗驗證本發明有益效果試驗1:一、氧化石墨的制備以天然鱗片石墨為原料，經改良的Hummer法將其進行氧化制備氧化石墨；二、稱取300mg步驟一中制備的氧化石墨與302mg乙酸鎳進行混合，然后在40Khz、超聲時間為IOmin的條件下分散于IOOmL去離子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加5ml異丙醇作為自由基清除劑，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；所述伽馬射線劑量為40Gy/min，照射時間為4h ；四、將產物經9000r/min離心5min、經蒸餾水和乙醇洗滌數次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/鎳納米復合材料；步驟一中采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化制備氧化石墨的方法一、向三頸瓶中加入150ml質量濃度為98%的濃硫酸，然后在冰水浴下向三頸瓶中加入6g天然鱗片石墨，攪拌加入19. 5gKMn04，然后控制反應溫度在15°C反應Ih后在20°C反應2h得到反應液；二、將反應液轉入500ml蒸餾水中，在60°C反應Ih后轉移至1400ml蒸餾水和IOOml質量濃度為3%雙氧水的混合液中，繼續攪拌24h，過濾、洗滌，60°C干燥即完成了氧化石墨的制備。圖1所示為本試驗得到的石墨烯/鎳納米復合材料的TEM圖，可以看到鎳納米粒子分散在石墨烯的表面，粒徑在5 IOnm ；圖2是試驗I中制備的石墨烯/鎳納米復合材料的XRD圖，圖中所示為石墨烯的特征峰和單質鎳的特征峰，鎳的所有衍射峰均可歸于立方晶系Ni (JCPDS04-0850)，沒有其他雜質峰的出現，表明所得產品純度高。試驗2 一、氧化石墨的制備以天然鱗片石墨為原料，經改良的Hummer法將其進行氧化制備氧化石墨；二、稱取300mg步驟一中制備的氧化石墨與302mg氯化鎳進行混合，然后在40Khz、超聲時間為IOmin的條件下分散于IOOmL去離子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加IOml異丙醇作為自由基清除劑，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；所述伽馬射線劑量為80Gy/min，照射時間為6h ；四、將產物經9000r/min離心5min、經蒸餾水和乙醇洗滌數次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/鎳納米復合材料；步驟一中采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化制備氧化石墨的方法一、向三頸瓶中加入150ml質量濃度為98%的濃硫酸，然后在冰水浴下向三頸瓶中加入6g天然鱗片石墨,攪拌加入19. 5g KMnO4,然后控制反應溫度在15°C反應Ih后在25V反應2h得到反應液；二、將反應液轉入500ml蒸餾水中，在60°C反應Ih后轉移至1400ml蒸餾水和IOOml質量濃度為3%雙氧水的混合液中，繼續攪拌24h，過濾、洗滌，60°C干燥即完成了氧化石墨的制備。 試驗3 一、氧化石墨的制備以天然鱗片石墨為原料，經改良的Hummer法將其進行氧化制備氧化石墨；二、稱取300mg步驟一中制備的氧化石墨與302mg氯化鎳進行混合，然后在40Khz、超聲時間為IOmin的條件下分散于IOOmL去離子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加IOml異丙醇作為自由基清除劑，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；所述伽馬射線劑量為80Gy/min，照射時間為8h ；四、將產物經9000r/min離心5min、經蒸餾水和乙醇洗滌數次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/鎳納米復合材料；步驟一中采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化制備氧化石墨的方法一、向三頸瓶中加入150ml質量濃度為98%的濃硫酸，然后在冰水浴下向三頸瓶中加入6g天然鱗片石墨，攪拌加入19. 5gKMn04，然后控制反應溫度在15°C反應Ih后在30°C反應2h得到反應液；二、將反應液轉入500ml蒸餾水中，在60°C反應Ih后轉移至1400ml蒸餾水和IOOml質量濃度為3%雙氧水的混合液中，繼續攪拌24h，過濾、洗滌，60°C干燥即完成了氧化石墨的制備。 試驗4 一、氧化石墨的制備以天然鱗片石墨為原料，經改良的Hummer法將其進行氧化制備氧化石墨；二、稱取300mg步驟一中制備的氧化石墨與302mg氯化鎳進行混合，然后在40Khz、超聲時間為IOmin的條件下分散于IOOmL去離子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加15ml異丙醇作為自由基清除劑，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；所述伽馬射線劑量為80Gy/min，照射時間為8h ；四、將產物經9000r/min離心5min、經蒸餾水和乙醇洗滌數次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/鎳納米復合材料；步驟一中采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化制備氧化石墨的方法一、向三頸瓶中加入150ml質量濃度為98 %的濃硫酸，然后在冰水浴下向三頸瓶中加入6g天然鱗片石墨,攪拌加入19. 5g KMnO4,然后控制反應溫度在15°C反應Ih后在35°C反應2h得到反應液；二、將反應液轉入500ml蒸餾水中，在60°C反應Ih后轉移至1400ml蒸餾水和IOOml質量濃度為3%雙氧水的混合液中，繼續攪拌24h，過濾、洗滌，60°C干燥即完成了氧化石墨的制備。試驗5 一、氧化石墨的制備以天然鱗片石墨為原料，經改良的Hummer法將其進行氧化制備氧化石墨；二、稱取300mg步驟一中制備的氧化石墨與302mg氯化鎳進行混合，然后在40Khz、超聲時間為IOmin的條件下分散于IOOmL去離子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加20ml異丙醇作為自由基清除劑，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；所述伽馬射線劑量為80Gy/min，照射時間為8h ；四、將產物經9000r/min離心5min、經蒸餾水和乙醇洗滌數次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/鎳納米復合材料；步驟一中采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化制備氧化石墨的方法
一、向三頸瓶中加入150ml質量濃度為98 %的濃硫酸，然后在冰水浴下向三頸瓶中加入6g天然鱗片石墨，攪拌加入19. 5gKMn04，然后控制反應溫度在20°C反應Ih后在20°C反應2h得到反應液；二、將反應液轉入500ml蒸餾水中，在60°C反應Ih后轉移至1400ml蒸餾水和IOOml質量濃度為3%雙氧水的混合液中，繼續攪拌24h，過濾、洗滌，60°C干燥即完成了氧化石墨的制備。試驗6:一、氧化石墨的制備以天然鱗片石墨為原料，經改良的Hummer法將其進行氧化制備氧化石墨；二、稱取300mg步驟一中制備的氧化石墨與302mg氯化鎳進行混合，然后在40Khz、超聲時間為IOmin的條件下分散于IOOmL去離子水中得到混合溶液；
三、向混合溶液中滴加5ml異丙醇作為自由基清除劑，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；所述伽馬射線劑量為80Gy/min，照射時間為8h ；四、將產物經9000r/min離心5min、經蒸餾水和乙醇洗滌數次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/鎳納米復合材料；步驟一中采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化制備氧化石墨的方法—、向三頸瓶中加入150ml質量濃度為98 %的濃硫酸，然后在冰水浴下向三頸瓶中加入6g天然鱗片石墨，攪拌加入19. 5gKMn04，然后控制反應溫度在20°C反應Ih后在25°C反應2h得到反應液；二、將反應液轉入500ml蒸餾水中，在60°C反應Ih后轉移至1400ml蒸餾水和IOOml質量濃度為3%雙氧水的混合液中，繼續攪拌24h，過濾、洗滌，60°C干燥即完成了氧化石墨的制備。試驗7 一、氧化石墨的制備以天然鱗片石墨為原料，經改良的Hummer法將其進行氧化制備氧化石墨；二、稱取300mg步驟一中制備的氧化石墨與302mg氯化鎳進行混合，然后在40Khz、超聲時間為IOmin的條件下分散于IOOmL去離子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加5ml異丙醇作為自由基清除劑，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；所述伽馬射線劑量為80Gy/min，照射時間為6h ；四、將產物經9000r/min離心5min、經蒸餾水和乙醇洗滌數次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/鎳納米復合材料；步驟一中采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化制備氧化石墨的方法一、向三頸瓶中加入150ml質量濃度為98%的濃硫酸，然后在冰水浴下向三頸瓶中加入6g天然鱗片石墨，攪拌加入19. 5gKMn04，然后控制反應溫度在20°C反應Ih后在30°C反應2h得到反應液；二、將反應液轉入500ml蒸餾水中，在60°C反應Ih后轉移至1400ml蒸餾水和IOOml質量濃度為3%雙氧水的混合液中，繼續攪拌24h，過濾、洗滌，60°C干燥即完成了氧化石墨的制備。試驗8 一、氧化石墨的制備以天然鱗片石墨為原料，經改良的Hummer法將其進行氧化制備氧化石墨；二、稱取300mg步驟一中制備的氧化石墨與302mg氯化鎳進行混合，然后在40Khz、超聲時間為IOmin的條件下分散于IOOmL去離子水中得到混合溶液；三、向混合溶液中滴加5ml異丙醇作為自由基清除劑，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；所述伽馬射線劑量為80Gy/min，照射時間為4h ；四、將產物經9000r/min離心5min、經蒸餾水和乙醇洗滌數次，然后在50°C下烘干6h后得到黑色粉末即得到石墨烯/鎳納米復合材料；
步驟一中采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化制備氧化石墨的方法一、向三頸瓶中加入150ml質量濃度為98%的濃硫酸，然后在冰水浴下向三頸瓶中加入6g天然鱗片石墨，攪拌加入19. 5gKMn04，然后控制反應溫度在20°C反應Ih后在35°C反應2h得到反應液；二、將反應液轉入500ml蒸餾水中，在60°C反應Ih后轉移至1400ml蒸餾水和IOOml質量濃度3%雙氧水的混合液中，繼續攪拌24h，過濾、洗滌，60°C干燥即完成了氧化石墨的制備。
權利要求
1.一種利用伽馬射線制備石墨烯/鎳納米復合材料的方法，其特征在于利用伽馬射線制備石墨烯/鎳納米復合材料的方法按以下步驟實現一、氧化石墨的制備采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化反應制備氧化石墨；二、將步驟一制備的氧化石墨與鎳鹽進行混合，然后超聲分散于去離子水中得到混合溶液；其中，混合溶液中氧化石墨與鎳鹽質量比為1: (I 4)，混合溶液中氧化石墨的濃度為3 7g/L ；三、向混合溶液中滴加異丙醇，然后在伽馬射線照射下進行反應得到產物；其中，所述混合溶液與異丙醇的體積比為1: (O. 05 O. 4)，所述伽馬射線劑量為20 80Gy/min，照射時間為4 8h ;四、將產物經離心分離、清洗和干燥后即得到石墨烯/鎳納米復合材料。
2.根據權利要I所述的一種利用伽馬射線制備石墨烯/鎳納米復合材料的方法，其特征在于步驟一中采用改良的Hummer法以天然鱗片石墨為原料進行氧化反應制備氧化石墨的方法為一、向三頸瓶中加入150ml質量濃度為98%的濃硫酸，然后在冰水浴下向三頸瓶中加入6g天然鱗片石墨,攪拌加入19. 5g KMnO4,然后控制反應溫度在O 20°C反應Ih后在O 35°C反應2h得到反應液；二、將反應液轉入500ml蒸餾水中，在60°C反應Ih后轉移至1400ml蒸餾水和IOOml質量濃度為3%雙氧水的混合液中，繼續攪拌24h，過濾、洗滌，60°C干燥即完成了氧化石墨的制備。
3.根據權利要I所述的一種利用伽馬射線制備石墨烯/鎳納米復合材料的方法，其特征在于步驟二中的鎳鹽為乙酸鎳或氯化鎳。
全文摘要
一種利用伽馬射線制備石墨烯/鎳納米復合材料的方法，本發明屬于納米復合材料及輻射化學交叉領域，特別是涉及一種利用伽馬射線制備石墨烯/鎳納米復合材料的制備方法。本發明是要解決現有方法制備石墨烯-鎳納米復合材料成本高、對環境危害大的問題。方法一、氧化石墨的制備；二、制備混合溶液；三、伽馬射線照射下進行反應得到產物；四、將產物經離心分離、清洗和干燥后即得到石墨烯/鎳納米復合材料。本發明應用于石墨烯/鎳納米復合材料制備領域。
文檔編號C01B31/04GK103011151SQ20121058405
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者趙弘韜, 張麗芳, 徐平, 李志剛 申請人:黑龍江省科學院技術物理研究所