本發(fā)明涉及磷烯-石墨烯納米復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種磷烯-石墨烯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

磷烯是一種新型磷納米材料，由單層磷原子緊密堆積成二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)。磷烯和石墨烯均具有優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性能，并且均具有較高的比表面積和優(yōu)異的電化學(xué)性能，因此磷烯和石墨烯在能源儲存、吸附、催化、光電等領(lǐng)域均具有巨大的應(yīng)用潛能。將磷烯和石墨烯這兩種二維納米材料復(fù)合在一起將有利于綜合發(fā)揮兩者的優(yōu)異性能?，F(xiàn)有的磷烯-石墨烯復(fù)合材料其宏觀結(jié)構(gòu)多為類似于薄膜的片狀結(jié)構(gòu)，因此難以發(fā)揮其大比表面積的優(yōu)點(diǎn)，其物理和化學(xué)吸附性能均不是很理想，機(jī)械強(qiáng)度也較差?，F(xiàn)有磷烯-石墨烯復(fù)合材料的制備方法通常是將磷烯與石墨烯進(jìn)行液相混合后干燥形成，產(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制，制備工藝繁瑣、不易操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供了一種磷烯-石墨烯復(fù)合材料及其制備方法，不僅能夠充分發(fā)揮磷稀和石墨烯的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性及柔性，比表面積大、機(jī)械性能好，而且制備方法簡單、容易操作、設(shè)備要求低，產(chǎn)品質(zhì)量容易控制，產(chǎn)率高。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種磷烯-石墨烯復(fù)合材料，該磷烯-石墨烯復(fù)合材料是由磷烯和石墨烯復(fù)合而成的多孔泡沫材料。

優(yōu)選地，所述的多孔泡沫材料的孔徑分布范圍為0.1nm～1mm。

優(yōu)選地，該磷烯-石墨烯復(fù)合材料中，磷烯占該磷烯-石墨烯復(fù)合材料總體質(zhì)量的5％～95％。

一種磷烯-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟a、將磷烯和氧化石墨進(jìn)行真空球磨，然后加入到分散液中進(jìn)行分散，從而得到磷烯和氧化石墨混合在一起的混合懸浮液；

步驟b、將多孔基體浸泡于所述混合懸浮液中，并將所述混合懸浮液中的液體揮發(fā)，然后置于保護(hù)氣體中加熱至500～1100℃，并保溫1～48小時(shí)，從而得到磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體；

步驟c、將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體浸泡于酸性液體中，以去除多孔基體，從而制得上述技術(shù)方案中所述的磷烯-石墨烯復(fù)合材料。

優(yōu)選地，磷烯的用量占磷烯和氧化石墨總體質(zhì)量的10％～90％。

優(yōu)選地，所述氧化石墨的氧化程度為10％～90％。

優(yōu)選地，所述混合懸浮液的濃度為0.1～100g/l。

優(yōu)選地，所述多孔基體為泡沫鎳、泡沫鋁、泡沫銅、多孔氧化鋁、介孔二氧化硅中的至少一種。

優(yōu)選地，所述的將多孔基體浸泡于所述混合懸浮液中，并將所述混合懸浮液中的液體揮發(fā)包括：將多孔基體浸泡于所述混合懸浮液中，浸泡時(shí)間為1～180min，對所述混合懸浮液進(jìn)行加熱蒸干，加熱溫度為30～150℃，使所述混合懸浮液中的液體全部揮發(fā)。

優(yōu)選地，所述將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體浸泡于酸性液體中包括：將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體浸泡于ph值至多為5的酸性液體中，浸泡時(shí)間為1～72小時(shí)，以去除多孔基體。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料是由磷烯和石墨烯復(fù)合而成的多孔泡沫材料，孔徑豐富，可有效發(fā)揮比表面積巨大的特性，物理和化學(xué)吸附性能遠(yuǎn)好于現(xiàn)有技術(shù)中類似于薄膜的片狀結(jié)構(gòu)材料；而且本發(fā)明所提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料具有三維互聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此其機(jī)械強(qiáng)度也比現(xiàn)有的磷烯-石墨烯復(fù)合材料優(yōu)異，可以廣泛應(yīng)用于電子通信，交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。本發(fā)明提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料的制備方法先通過真空球磨和分散制得磷烯和氧化石墨混合在一起的混合懸浮液，然后將多孔基體浸泡于所述混合懸浮液中并將進(jìn)行熱處理制得磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體，再將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體中的多孔基體去除，從而即可制得磷烯-石墨烯復(fù)合材料；該制備方法工藝簡單、容易操作、設(shè)備要求低，產(chǎn)品質(zhì)量容易控制，產(chǎn)率高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的磷烯-石墨烯復(fù)合材料的形貌示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

下面對本發(fā)明所提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

一種磷烯-石墨烯復(fù)合材料，該磷烯-石墨烯復(fù)合材料是由磷烯和石墨烯復(fù)合而成的多孔泡沫材料。其中，所述的多孔泡沫材料的孔徑分布范圍為0.1nm～1mm；該磷烯-石墨烯復(fù)合材料中，磷烯占該磷烯-石墨烯復(fù)合材料總體質(zhì)量的5％～95％。

具體地，本發(fā)明所提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料制備方法，包括以下步驟：

步驟a、將磷烯和氧化石墨進(jìn)行真空球磨，然后加入到分散液中進(jìn)行分散，從而得到磷烯和氧化石墨混合在一起的混合懸浮液。

具體而言，將磷烯和氧化石墨一同進(jìn)行真空球磨，真空球磨的時(shí)間為0.1～48小時(shí)，然后加入到分散液中進(jìn)行超聲波分散，超聲波分散的時(shí)間為10～240min，從而得到磷烯和氧化石墨混合在一起的濃度為0.1～100g/l的混合懸浮液。其中，磷烯的用量占磷烯和氧化石墨總體用量的10％～90％，所述氧化石墨的氧化程度為10％～90％，所述的分散液為水、甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、四氯化碳、n,n-二甲基甲酰胺、乙腈、丙烷、異丙烷、二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、三氯乙烷中的至少一種。

步驟b、將多孔基體浸泡于所述混合懸浮液中，并將所述混合懸浮液中的液體揮發(fā)，然后置于保護(hù)氣體中加熱至500～1100℃，并保溫1～48小時(shí)，從而得到磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體。

具體而言，將多孔基體浸泡于所述混合懸浮液中，浸泡時(shí)間為1～180min，并對所述混合懸浮液進(jìn)行加熱蒸干，加熱溫度為30～150℃，使所述混合懸浮液中液體全部揮發(fā)，然后置于具有保護(hù)氣體的管式爐中，加熱至500～1100℃，并保溫1～48小時(shí)，從而得到磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體。其中，所述的多孔基體為泡沫鎳、泡沫鋁、泡沫銅、多孔氧化鋁、介孔二氧化硅中的至少一種；所述保護(hù)氣體是氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w，并且該混合氣體中氫氣體積分?jǐn)?shù)為1％～50％。

步驟c、將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體浸泡于酸性液體中，以去除多孔基體，從而制得上述技術(shù)方案中所述的磷烯-石墨烯復(fù)合材料。

具體而言，將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體浸泡于ph值至多為5的酸性液體中，浸泡時(shí)間為1～72小時(shí)，以去除多孔基體，然后將所得產(chǎn)物洗至中性，從而制得磷烯-石墨烯復(fù)合材料。其中，所述酸性液體為硫酸、鹽酸、硝酸、乙酸、丙酸、氫氟酸、氫碘酸、水、甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、四氯化碳、n,n-二甲基甲酰胺、乙腈、丙烷、異丙烷、二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、三氯乙烷中的至少一種。

進(jìn)一步地，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料及其制備方法至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明所提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料是一種孔徑豐富的多孔泡沫材料，可有效發(fā)揮比表面積巨大的特性，物理和化學(xué)吸附性能遠(yuǎn)好于現(xiàn)有技術(shù)中類似于薄膜的片狀結(jié)構(gòu)材料；而且本發(fā)明所提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料具有三維互聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此其機(jī)械強(qiáng)度也比現(xiàn)有的磷烯-石墨烯復(fù)合材料優(yōu)異，可以廣泛應(yīng)用于電子通信，交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

(2)本發(fā)明所提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料能夠充分發(fā)揮磷稀和石墨烯的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性及柔性，比表面積大、機(jī)械性能好。

(3)本發(fā)明所提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料的制備方法產(chǎn)率高，所得產(chǎn)品質(zhì)量好，工藝簡單、容易操作、設(shè)備要求低。

綜上可見，本發(fā)明實(shí)施例不僅制備方法簡單、容易操作、設(shè)備要求低，而且能夠充分發(fā)揮磷稀和石墨烯的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性及柔性，比表面積大、機(jī)械性能好。

為了更加清晰地展現(xiàn)出本發(fā)明所提供的技術(shù)方案及所產(chǎn)生的技術(shù)效果，下面以具體實(shí)施例對本發(fā)明實(shí)施例所提供的磷烯-石墨烯復(fù)合材料及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

一種磷烯-石墨烯復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

步驟a1、將1g磷烯和9g氧化程度為15％的氧化石墨一同進(jìn)行真空球磨，真空球磨的時(shí)間為0.5小時(shí)，然后加入到丙酮和水的混合溶液中進(jìn)行超聲波分散，超聲波分散的時(shí)間為60min，從而得到磷烯和氧化石墨混合在一起的濃度為0.2g/l的混合懸浮液。

步驟b1、將泡沫鋁浸泡于所述混合懸浮液中，浸泡時(shí)間為20min，并對所述混合懸浮液進(jìn)行加熱真空干燥，加熱溫度為45℃，使所述混合懸浮液中的丙酮和水全部揮發(fā)，然后置于具有氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w(該混合氣體中氫氣體積分?jǐn)?shù)為2％)的管式爐中，加熱至600℃，并保溫3小時(shí)，從而得到磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體。

步驟c1、將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體浸泡于ph值＝0.1的鹽酸水溶液中，浸泡時(shí)間為3小時(shí)，以去除泡沫鋁，再將所得產(chǎn)物洗至中性，從而制得磷烯-石墨烯復(fù)合材料。

具體地，對本發(fā)明實(shí)施例1所制得磷烯-石墨烯復(fù)合材料的形貌進(jìn)行觀測，從而可以得到如圖1所述的磷烯-石墨烯復(fù)合材料形貌示意圖。由圖1可以看出：對本發(fā)明實(shí)施例1所制得的磷烯-石墨烯復(fù)合材料是一種多孔泡沫材料，并且該多孔泡沫材料的孔徑分布范圍為0.1nm～0.8mm。

實(shí)施例2

一種磷烯-石墨烯復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

步驟a2、將1.5g磷烯和7g氧化程度為20％的氧化石墨一同進(jìn)行真空球磨，真空球磨的時(shí)間為3小時(shí)，然后加入到乙腈和水的混合溶液中進(jìn)行超聲波分散，超聲波分散的時(shí)間為90min，從而得到磷烯和氧化石墨混合在一起的濃度為3g/l的混合懸浮液。

步驟b2、將泡沫鎳浸泡于所述混合懸浮液中，浸泡時(shí)間為60min，并對所述混合懸浮液進(jìn)行加熱真空干燥，加熱溫度為80℃，使所述混合懸浮液中的乙腈和水全部揮發(fā)，然后置于具有氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w(該混合氣體中氫氣體積分?jǐn)?shù)為5％)的管式爐中，加熱至700℃，并保溫5小時(shí)，從而得到磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體。

步驟c2、將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體浸泡于ph值＝1的鹽酸水溶液中，浸泡時(shí)間為5小時(shí)，以去除泡沫鎳，然后將所得產(chǎn)物洗至中性，從而制得磷烯-石墨烯復(fù)合材料。

實(shí)施例3

一種磷烯-石墨烯復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

步驟a3、將4g磷烯和9g氧化程度為30％的氧化石墨一同進(jìn)行真空球磨，真空球磨的時(shí)間為15小時(shí)，然后加入到n,n-二甲基甲酰胺中進(jìn)行超聲波分散，超聲波分散的時(shí)間為120min，從而得到磷烯和氧化石墨混合在一起的濃度為10g/l的混合懸浮液。

步驟b3、將多孔氧化鋁浸泡于所述混合懸浮液中，浸泡時(shí)間為40min，并對所述混合懸浮液進(jìn)行加熱真空干燥，加熱溫度為100℃，使所述混合懸浮液中的n,n-二甲基甲酰胺全部揮發(fā)，然后置于具有氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w(該混合氣體中氫氣體積分?jǐn)?shù)為10％)的管式爐中，加熱至800℃，并保溫10小時(shí)，從而得到磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體。

步驟c3、將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體浸泡于ph值＝3的乙酸溶液中，浸泡時(shí)間為72小時(shí)，以去除多孔氧化鋁，然后將所得產(chǎn)物洗至中性，從而制得磷烯-石墨烯復(fù)合材料。

實(shí)施例4

一種磷烯-石墨烯復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

步驟a4、將1g磷烯和1g氧化程度為40％的氧化石墨一同進(jìn)行真空球磨，真空球磨的時(shí)間為24小時(shí)，然后加入到二氯乙烷中進(jìn)行超聲波分散，超聲波分散的時(shí)間為150min，從而得到磷烯和氧化石墨混合在一起的濃度為20g/l的混合懸浮液。

步驟b4、將介孔二氧化硅浸泡于所述混合懸浮液中，浸泡時(shí)間為180min，并對所述混合懸浮液進(jìn)行加熱真空干燥，加熱溫度為80℃，使所述混合懸浮液中的二氯乙烷全部揮發(fā)，然后置于具有氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w(該混合氣體中氫氣體積分?jǐn)?shù)為25％)的管式爐中，加熱至600℃，并保溫24小時(shí)，從而得到磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體。

步驟c4、將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體浸泡于ph值＝0.01的氫氟酸水溶液中，浸泡時(shí)間為48小時(shí)，以去除介孔二氧化硅，然后將所得產(chǎn)物洗至中性，從而制得磷烯-石墨烯復(fù)合材料。

實(shí)施例5

一種磷烯-石墨烯復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

步驟a5、將8g磷烯和2g氧化程度為80％的氧化石墨一同進(jìn)行真空球磨，真空球磨的時(shí)間為48小時(shí)，然后加入到三氯乙烷中進(jìn)行超聲波分散，超聲波分散的時(shí)間為240min，從而得到磷烯和氧化石墨混合在一起的濃度為90g/l的混合懸浮液。

步驟b5、將泡沫銅浸泡于所述混合懸浮液中，浸泡時(shí)間為240min，并對所述混合懸浮液進(jìn)行加熱真空干燥，加熱溫度為100℃，使所述混合懸浮液中的三氯乙烷全部揮發(fā)，然后置于具有氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚怏w(該混合氣體中氫氣體積分?jǐn)?shù)為45％)的管式爐中，加熱至1000℃，并保48小時(shí)，從而得到磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體。

步驟c5、將所述磷烯-石墨烯復(fù)合材料前驅(qū)體浸泡于ph值＝5的丙酸中，浸泡時(shí)間為72小時(shí)，以去除泡沫銅，然后將所得產(chǎn)物洗至中性，從而制得磷烯-石墨烯復(fù)合材料。

綜上可見，本發(fā)明實(shí)施例不僅制備方法簡單、容易操作、設(shè)備要求低，而且能夠充分發(fā)揮磷稀和石墨烯的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、穩(wěn)定性及柔性，比表面積大、機(jī)械性能好。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。