氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜及其制備方法。復(fù)合薄膜為有序多孔氧化鋅上修飾有氧化石墨烯納米片，其中，有序多孔氧化鋅的孔直徑為50～4900nm、孔壁厚為10～100nm，其由粒徑為5～50nm的氧化鋅顆粒組成；方法為先將氧化石墨烯水溶液和鋅鹽水溶液混合，得到前軀體溶液，再將單層膠體晶體模板置于前軀體溶液中后，使用襯底將其撈起，得到其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底，之后，先對其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底進(jìn)行干燥處理，再將其置于保護(hù)性氣氛中退火，制得目的產(chǎn)物。它可極易于廣泛地商業(yè)化應(yīng)用于光催化、傳感器、以及電子器件等領(lǐng)域。
【專利說明】
氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種復(fù)合薄膜及制備方法，尤其是一種氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有良好點(diǎn)穴性能、機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性的氧化石墨烯是傳輸電子的優(yōu)良材料，較大的比表面積也使其在眾多的領(lǐng)域中有著很多重要的應(yīng)用價值。目前，單一的納米材料已經(jīng)無法滿足人們對先進(jìn)功能材料的需求，納米復(fù)合材料已受到了人們的普遍關(guān)注，如中國發(fā)明專利申請CN 104198560 A于2014年12月10日公布的一種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦復(fù)合膜的制備方法。該發(fā)明專利申請中提及的產(chǎn)物為多孔二氧化鈦的表面修飾有石墨烯；其制備方法為先將聚苯乙烯微球模板置于硫酸氧鈦溶液中電沉積后，經(jīng)甲苯?jīng)_洗去除聚苯乙烯微球并煅燒，獲得多孔二氧化鈦薄膜，再于薄膜上循環(huán)伏安沉積石墨烯，獲得產(chǎn)物。這種石墨烯修飾的多孔二氧化鈦復(fù)合膜雖大大地提高了作為電極的電化學(xué)性質(zhì)，卻和其制備方法均存在著缺憾之處，首先，產(chǎn)物不具有納米氧化鋅具備的獨(dú)特的光電及光化學(xué)特性;其次，制備方法既不能獲得石墨烯修飾氧化鋅的產(chǎn)物，又有著制備過程復(fù)雜，對設(shè)備要求較高，易污染環(huán)境，不易批量生產(chǎn)的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺憾之處，提供一種具有納米氧化鋅特性的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜。
[0004]本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題為提供一種上述氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜的制備方法。
[0005]為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜包括襯底，特別是，
[0006]所述襯底上覆有復(fù)合薄膜，所述復(fù)合薄膜為有序多孔氧化鋅上修飾有氧化石墨烯納米片；
[0007]所述有序多孔氧化鋅的孔直徑為50?4900nm、孔壁厚為10?lOOnm，其由氧化鋅顆粒組成；
[0008]所述氧化鋅顆粒的粒徑為5?50nm。
[0009]作為氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜的進(jìn)一步改進(jìn):
[0010]優(yōu)選地，襯底為絕緣體，或半導(dǎo)體，或?qū)w，其形貌為平板狀，或曲面狀，或球狀。
[0011]優(yōu)選地，有序多孔氧化鋅為六方有序多孔排列氧化鋅。
[0012]為解決本發(fā)明的另一個技術(shù)問題，所采用的另一個技術(shù)方案為:上述氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜的制備方法包括膠體球直徑為100?5000nm的單層膠體晶體模板的制作，特別是完成步驟如下:
[0013]步驟I，先按照0.1?3g/L的氧化石墨烯水溶液和0.2mol/L的鋅鹽水溶液的體積比為1:23?27的比例，將兩者混合，得到前軀體溶液，再將單層膠體晶體模板置于前軀體溶液中后，使用襯底將其撈起，得到其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底；
[0014]步驟2，先對其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底進(jìn)行干燥處理，得到其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底，再將其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底置于保護(hù)性氣氛中，于350?450°C下退火I?4h，制得氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜。
[0015]作為氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn):
[0016]優(yōu)選地，鋅鹽為醋酸鋅，或硝酸鋅，或氯化鋅。
[0017]優(yōu)選地，襯底為絕緣體，或半導(dǎo)體，或?qū)w，其形貌為平板狀，或曲面狀，或球狀。
[0018]優(yōu)選地，干燥處理為將其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底置于50?70°C下烘I?12h。
[0019]優(yōu)選地，保護(hù)性氣氛為氬氣氣氛，或氮?dú)鈿夥?，或氦氣氣氛?br>[0020]相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是:
[0021]其一，對制得的目的產(chǎn)物分別使用掃描電鏡、透射電鏡和激光拉曼光譜儀進(jìn)行表征，由其結(jié)果可知，目的產(chǎn)物為有序多孔物上修飾有納米片;其中，有序多孔物的孔直徑為50?4900nm、孔壁厚為10?lOOnm，其由粒徑為5?50nm的顆粒狀物組成。有序多孔物為有序多孔氧化鋅，納米片為氧化石墨烯納米片，顆粒狀物為氧化鋅顆粒。這種由氧化鋅顆粒組成的有序多孔氧化鋅與氧化石墨烯納米片組裝成的目的產(chǎn)物，既由于納米氧化鋅具備的獨(dú)特的光電及光化學(xué)特性，又因有序多孔氧化鋅由氧化鋅顆粒組成而極大地提高了其比表面積，還由于氧化石墨烯納米片的修飾，而使其不僅保留了納米氧化鋅獨(dú)特的光電及光化學(xué)特性，還大大地提高了其比表面積和導(dǎo)電能力，有效地提升了氧化鋅的氣敏或催化的性能。
[0022]其二，制備方法簡單、科學(xué)、高效。不僅制得了具有納米氧化鋅特性的目的產(chǎn)物一一氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜，還使其具有了更好的氣敏或催化的性能，更有著工藝簡單、對設(shè)備要求低、綠色環(huán)保、易于批量生產(chǎn)的特點(diǎn);進(jìn)而使目的產(chǎn)物極易于廣泛地商業(yè)化應(yīng)用于光催化、傳感器、以及電子器件等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0023]圖1是對制備方法制得的目的產(chǎn)物使用掃描電鏡(SEM)進(jìn)行表征的結(jié)果之一。SEM圖像顯示出了目的產(chǎn)物的形貌，其中，右上角的插圖為其局部放大圖像。
[0024]圖2是對制得的目的產(chǎn)物使用透射電鏡(TEM)進(jìn)行表征的結(jié)果之一。TEM圖像表明目的產(chǎn)物為由氧化鋅顆粒組成的有序多孔氧化鋅上修飾有氧化石墨烯納米片。
[0025]圖3是對制得的目的產(chǎn)物使用X射線衍射(XRD)儀進(jìn)行表征的結(jié)果之一。XRD譜圖表明目的產(chǎn)物由氧化鋅和碳組成。
[0026]圖4是對采用不同濃度的氧化石墨烯水溶液制得的目的產(chǎn)物使用激光拉曼光譜儀進(jìn)行表征的結(jié)果之一。該譜圖結(jié)合圖3證實(shí)了目的產(chǎn)物由氧化鋅和氧化石墨烯組成。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0028]首先從市場購得或自行制得:
[0029]商業(yè)化單分散的直徑為100?5000nm的聚苯乙烯膠體球，并將其制作成單層膠體晶體模板；
[0030]氧化石墨烯水溶液；
[0031]作為鋅鹽的醋酸鋅、硝酸鋅和氯化鋅；
[0032]作為襯底的絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體，其形貌為平板狀，或曲面狀，或球狀；
[0033]作為保護(hù)性氣氛的氬氣、氮?dú)夂秃狻?br>[0034]接著，
[0035]實(shí)施例1
[0036]制備的具體步驟為:
[0037]步驟1，先按照0.1g/L的氧化石墨烯水溶液和0.2mol/L的鋅鹽水溶液的體積比為1:23的比例，將兩者混合;其中，鋅鹽為醋酸鋅，得到前軀體溶液。再將單層膠體晶體模板置于前軀體溶液中后，使用襯底將其撈起;其中，構(gòu)成單層膠體晶體模板的膠體球的直徑為lOOOnm，襯底為平板狀絕緣體，得到其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底。
[0038]步驟2，先將其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底置于50°C下烘12h，得到其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底。再將其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底置于保護(hù)性氣氛中，于350°C下退火4h;其中，保護(hù)性氣氛為氬氣氣氛。制得近似于圖1和圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜。
[0039]實(shí)施例2
[0040]制備的具體步驟為:
[0041 ]步驟I，先按照0.5g/L的氧化石墨烯水溶液和0.2mol/L的鋅鹽水溶液的體積比為1:24的比例，將兩者混合;其中，鋅鹽為醋酸鋅，得到前軀體溶液。再將單層膠體晶體模板置于前軀體溶液中后，使用襯底將其撈起;其中，構(gòu)成單層膠體晶體模板的膠體球的直徑為lOOOnm，襯底為平板狀絕緣體，得到其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底。
[0042]步驟2，先將其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底置于55°C下烘9h，得到其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底。再將其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底置于保護(hù)性氣氛中，于375°C下退火3h;其中，保護(hù)性氣氛為氬氣氣氛。制得近似于圖1和圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜。
[0043]實(shí)施例3
[0044]制備的具體步驟為:
[0045]步驟I，先按照lg/L的氧化石墨烯水溶液和0.2mol/L的鋅鹽水溶液的體積比為I:25的比例，將兩者混合;其中，鋅鹽為醋酸鋅，得到前軀體溶液。再將單層膠體晶體模板置于前軀體溶液中后，使用襯底將其撈起；其中，構(gòu)成單層膠體晶體模板的膠體球的直徑為lOOOnm，襯底為平板狀絕緣體，得到其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底。
[0046]步驟2，先將其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底置于60°C下烘6h，得到其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底。再將其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底置于保護(hù)性氣氛中，于400°C下退火2h;其中，保護(hù)性氣氛為氬氣氣氛。制得如圖1和圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜。
[0047]實(shí)施例4
[0048]制備的具體步驟為:
[0049]步驟I，先按照2g/L的氧化石墨烯水溶液和0.2mol/L的鋅鹽水溶液的體積比為I:26的比例，將兩者混合;其中，鋅鹽為醋酸鋅，得到前軀體溶液。再將單層膠體晶體模板置于前軀體溶液中后，使用襯底將其撈起；其中，構(gòu)成單層膠體晶體模板的膠體球的直徑為lOOOnm，襯底為平板狀絕緣體，得到其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底。
[0050]步驟2，先將其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底置于65°C下烘3h，得到其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底。再將其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底置于保護(hù)性氣氛中，于425°C下退火2h;其中，保護(hù)性氣氛為氬氣氣氛。制得近似于圖1和圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜。
[0051 ] 實(shí)施例5
[0052]制備的具體步驟為:
[0053]步驟I，先按照3g/L的氧化石墨烯水溶液和0.2mol/L的鋅鹽水溶液的體積比為I:27的比例，將兩者混合;其中，鋅鹽為醋酸鋅，得到前軀體溶液。再將單層膠體晶體模板置于前軀體溶液中后，使用襯底將其撈起；其中，構(gòu)成單層膠體晶體模板的膠體球的直徑為lOOOnm，襯底為平板狀絕緣體，得到其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底。
[0054]步驟2，先將其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底置于70°C下烘lh，得到其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底。再將其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底置于保護(hù)性氣氛中，于450°C下退火Ih;其中，保護(hù)性氣氛為氬氣氣氛。制得近似于圖1和圖2所示，以及如圖3中的曲線所示的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜。
[0055]再分別選用作為鋅鹽的醋酸鋅或硝酸鋅或氯化鋅，作為襯底的絕緣體或半導(dǎo)體或?qū)w，其形貌為平板狀或曲面狀或球狀，作為保護(hù)性氣氛的氬氣或氮?dú)饣蚝?，重?fù)上述實(shí)施例I?5，同樣制得了如或近似于圖1和圖2所示，以及如圖3中的曲所示的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜。
[0056]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜及其制備方法進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜，包括襯底，其特征在于: 所述襯底上覆有復(fù)合薄膜，所述復(fù)合薄膜為有序多孔氧化鋅上修飾有氧化石墨烯納米片; 所述有序多孔氧化鋅的孔直徑為50?4900nm、孔壁厚為10?lOOnm，其由氧化鋅顆粒組成； 所述氧化鋅顆粒的粒徑為5?50nm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜，其特征是襯底為絕緣體，或半導(dǎo)體，或?qū)w，其形貌為平板狀，或曲面狀，或球狀。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜，其特征是有序多孔氧化鋅為六方有序多孔排列氧化鋅。4.一種權(quán)利要求1所述氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜的制備方法，包括膠體球直徑為100?5000nm的單層膠體晶體模板的制作，其特征在于完成步驟如下: 步驟I，先按照0.1?3g/L的氧化石墨烯水溶液和0.2mol/L的鋅鹽水溶液的體積比為I:23?27的比例，將兩者混合，得到前軀體溶液，再將單層膠體晶體模板置于前軀體溶液中后，使用襯底將其撈起，得到其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底；步驟2，先對其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底進(jìn)行干燥處理，得到其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底，再將其上覆有表面漬有前軀體的單層膠體晶體模板的襯底置于保護(hù)性氣氛中，于350?450°C下退火I?4h，制得氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是鋅鹽為醋酸鋅，或硝酸鋅，或氯化鋅。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是襯底為絕緣體，或半導(dǎo)體，或?qū)w，其形貌為平板狀，或曲面狀，或球狀。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是干燥處理為將其上覆有表面附載前軀體溶液的單層膠體晶體模板的襯底置于50?70°C下烘I?12h。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化石墨烯修飾的有序多孔氧化鋅復(fù)合薄膜的制備方法，其特征是保護(hù)性氣氛為氬氣氣氛，或氮?dú)鈿夥?，或氦氣氣氛?br>【文檔編號】C01G9/02GK106044845SQ201610377366
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】段國韜, 蘇星松, 許宗珂, 蔡偉平
【申請人】中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院