專利名稱：二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種厚度可控的具有三明治結(jié)構(gòu)的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
因?yàn)槎S無(wú)機(jī)納米材料具有很高的表面積以及便于制成納米器件，因此它們被廣泛地應(yīng)用于催化、太陽(yáng)能電池、以及各類光學(xué)與電子器件領(lǐng)域。石墨烯作為單片層的石墨結(jié)構(gòu)，是目前世界上最薄的二維材料。由于其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，是目前能制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料，其比表面積高達(dá)2600m2/g，具有特殊的電磁特性，極高的導(dǎo)電性和熱導(dǎo)率(4，800 5，300ff/m -k)。自從2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，石墨烯在微電子、材料、化學(xué)等領(lǐng)域都表現(xiàn)出許多潛在的應(yīng)用前景，受到了極為廣泛的關(guān)注。但是石墨烯本身的分散非常困難。氧化石墨烯盡管本身在結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電導(dǎo)熱方面存在很大缺陷， 但由于其在還原劑下可以還原成石墨烯，且在極性溶劑中有非常好的分散性，因此常先通過(guò)氧化石墨烯來(lái)制備各種復(fù)合材料，再來(lái)還原制備具有優(yōu)異性能的石墨烯復(fù)合材料。因此氧化石墨烯復(fù)合材料也是具有極其重要的意義的。二氧化鈦，作為一種具有極好的光電轉(zhuǎn)換能力、長(zhǎng)期穩(wěn)定性及近乎無(wú)毒等優(yōu)異性能的無(wú)機(jī)材料，在環(huán)境及能源方面具有很廣的應(yīng)用，如光伏太陽(yáng)能電池、光催化反應(yīng)、光催化降解、抗菌等等。其中，二維的二氧化鈦納米片因其潛在獨(dú)特的性能引起了廣泛的關(guān)注。 目前制備二氧化鈦納米片的制備方法主要有兩種一種是從層狀的鈦酸鹽剝離得到；另一種是從鈦醇鹽合成得到。第一種方法是由日本科學(xué)家Takayoshi Msaki等發(fā)明的，他們先將二氧化鈦和鈦酸銫研磨后在1071下煅燒得到含鈦晶體HxTi2_x/4 □ x/404 -H2O (χ ^ 0. 70)， 再用鹽酸處理得到酸置換的HxTi2_x/4 □ x/404 · H2O片狀晶體，最后用氫氧化四丁胺化學(xué)剝離得到層狀 TiO2 納米片(Sasaki，Τ. , Μ. Watanabe, et al. (1996). “ Macromolecule-Iike Aspects for a Colloidal Suspension of an Exfoliated Titanate. Pairwise Association of Nanosheets and Dynamic Reassembling Process Initiated from It. " Journal of the American Chemical Society 118(35) :8329-8335.)。之后剝離得到二氧化鈦納米片的方法都是從這種方法發(fā)展而來(lái)，但這類方法所需要的層狀鈦酸鹽的制備比較復(fù)雜，耗能耗時(shí)，而且剝離時(shí)二氧化鈦納米片的產(chǎn)率也比較低，不適用于大量生產(chǎn)。另一種方法目前主要在聚四氟乙烯反應(yīng)釜中進(jìn)行，有兩類水相法和非水相法。水相法是將一定比例的鈦酸丁酯和氫氟酸水溶液在反應(yīng)釜中混合，180°C下保持Mh(Han，X.， Q.Kuang,et al. (2009). “ Synthesis of Titania Nanosheets with a High Percentage of Exposed(001)Facets and Related Photocatalytic Properties. " Journal of the American Chemical Society 131 (9) :3152-3153.)；而非水相法則是將油酸胺、苯甲醇和鈦酸異丙酯在反應(yīng)釜中混合并在180°C下保持Mh (Wu，B.，C. Guo, et al. (2008). “ Nonaqueous Production of Nanostructured Anatase with High-Energy Facets. " Journal of the American Chemical Society 130(51) : 17563-17567.)。這種方法目前最大的不足之處是制備得到的二氧化鈦納米片尺寸非常小，往往幾十個(gè)納米以下。目前制備具有大尺寸的厚度可控的二氧化鈦超薄納米片依舊是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。目前關(guān)于二氧化鈦與石墨烯納米復(fù)合材料的研究還處于起步階段。將二氧化鈦負(fù)載到石墨烯片層上主要有一步法和兩步法兩種方法。一步法是在含石墨烯或氧化石墨的懸浮液中加入鈦源，然后使鈦源水解縮合生成二氧化鈦負(fù)載在石墨烯或氧化石墨上(Zhou， K. ,Y. Zhu,et al. (2011). “ Preparation of graphene_Ti02 composites with enhanced photocatalytic activity. “ New Journal of Chemistry 35 :353-359 禾口 Wang，D. H.， D. W. Choi，et al. (2009). “ Self-Assembled Ti02_Graphene Hybrid Nanostructures for Enhanced Li-Ion Insertion. “ Acs Nano 3(4) :907-914 等)；兩步法是先分別制得石墨烯或氧化石墨烯的懸浮液和二氧化鈦的懸浮液，然后將兩者混合在一起制備復(fù)合材料 (Williams, G. , B. Seger, et al. (2008). “ Ti02_graphene nanocomposites. UV-assisted photocatalytic reduction of graphene oxide. " Acs Nano 2(7) 1487-1491 禾口 Zhang, H. , X. J. Lv, et al. (2010). " P25_Graphene Composite as a High Performance Photocatalyst. " AcsNano 4(1) :380-386等)。但是這兩種方法制備得到的都是顆粒狀的二氧化鈦，且二氧化鈦的顆粒大小和二氧化鈦在氧化石墨烯或石墨烯上的分布都不可控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料，其中的納米片具有三明治結(jié)構(gòu)，厚度可控，可滿足各類應(yīng)用中對(duì)于厚度的不同要求，且應(yīng)用廣泛。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的制備方法，操作簡(jiǎn)單，工藝環(huán)保，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，易于規(guī)?；a(chǎn)，獲得厚度可控的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料，該二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的結(jié)構(gòu)層包括氧化石墨烯層、及位于該氧化石墨烯層上下兩側(cè)的二氧化鈦層。該二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的尺寸由其中的氧化石墨烯層的大小控制， 氧化石墨烯層的平均直徑為200納米到5微米。所述二氧化鈦層為初始反應(yīng)得到的無(wú)定形，或經(jīng)煅燒處理、水處理得到的銳鈦礦晶型。該二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的厚度可控，隨著二氧化鈦與氧化石墨烯質(zhì)量比的增加，無(wú)定形和煅燒處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的厚度呈線性增加，而水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的粗糙度也會(huì)增加。隨著二氧化鈦與氧化石墨烯的質(zhì)量比從0. 5增加到10，無(wú)定形二氧化鈦與石墨烯復(fù)合納米片的厚度從2nm線性增加至18. 2nm，煅燒處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的厚度從1.4nm線性增加至9nm，水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的粗糙度從0. 6nm增加至4nm。同時(shí)，本發(fā)明提供一種二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的制備方法，包括步驟如下步驟1、將氧化石墨烯于常溫下超聲振蕩使之均勻分散于蒸餾水中，制得濃度為6-7mg/mL氧化石墨烯分散液；步驟2、將氧化石墨烯分散液用無(wú)水乙醇稀釋至2_5mg/mL ；步驟3、將適量的鈦酸丁酯溶解在2-5mL無(wú)水乙醇中，制備濃度為4. 2-84mg/mL的鈦酸丁酯乙醇溶液；步驟4、將不同濃度的鈦酸丁酯乙醇溶液逐滴滴加到溫度為20-60°C且在攪拌的氧化石墨烯的乙醇分散液中；步驟5、反應(yīng)2-8個(gè)小時(shí)，得到無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料分散液；步驟6、將無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料分散液經(jīng)過(guò)蒸餾水和無(wú)水乙醇離心洗滌，再常溫真空干燥，得到的粉末為初始反應(yīng)得到的無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。若將進(jìn)行煅燒后處理，則還包括步驟7、將步驟6制得的無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的粉末置于馬弗爐中，在氬氣或其它惰性氣體保護(hù)下400-550°C煅燒2-4小時(shí)，得到煅燒的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。若將進(jìn)行水處理，則還包括步驟7、將步驟6制得的無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的粉末超聲分散在蒸餾水中，然后在20-60°C水浴下攪拌8-M個(gè)小時(shí)，常溫真空干燥后獲得的粉末為水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。所述制得的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料中的納米片結(jié)構(gòu)層包括氧化石墨烯層、及位于該氧化石墨烯層上下兩側(cè)的二氧化鈦層。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料，將二氧化鈦與氧化石墨烯結(jié)合在一起，具有三明治結(jié)構(gòu)，厚度連續(xù)可控，可滿足各類應(yīng)用中對(duì)于厚度的不同要求；應(yīng)用廣泛，可以有效提高光電效應(yīng)效率，擴(kuò)大在太陽(yáng)能電池、光催化、抗菌等能源和環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用；制備方法操作簡(jiǎn)單，工藝環(huán)保，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，易于規(guī)?；a(chǎn)； 本發(fā)明的制備方法還可應(yīng)用到其他無(wú)機(jī)材料與石墨烯的復(fù)合材料中，為其他二維無(wú)機(jī)片層材料的制備提供新的思路和方法。


下面結(jié)合附圖，通過(guò)對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案及其它有益效果顯而易見(jiàn)。附圖中，圖1A、圖1B、圖IC分別為本發(fā)明中二氧化鈦與氧化石墨烯質(zhì)量比為1、5、10時(shí)初始反應(yīng)得到的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的原子力顯微鏡圖片及其相應(yīng)高度圖，圖 1A、圖IB及圖IC中右上角的圖片分別為對(duì)應(yīng)的懸浮液；圖ID為本發(fā)明的初始反應(yīng)得到的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片厚度跟二氧化鈦與氧化石墨烯質(zhì)量比的關(guān)系圖；圖2A、圖2B、圖2C分別為本發(fā)明中二氧化鈦與氧化石墨烯質(zhì)量比為1、5、10時(shí)，煅
燒處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的原子力顯微鏡圖片及其相應(yīng)高度圖；圖2D為本發(fā)明的煅燒處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片厚度跟二氧化鈦與氧化石墨烯質(zhì)量比的關(guān)系圖；圖3A、圖3B、圖3C分別為本發(fā)明中二氧化鈦與氧化石墨烯質(zhì)量比為0. 5、1、5時(shí)， 水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的原子力顯微鏡圖片及其相應(yīng)高度，圖3A、圖;3B及圖3C中右上角的圖片分別為對(duì)應(yīng)的懸浮液；圖4為本發(fā)明二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的制備方法流程圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及其效果，以下結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料，該二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片具有三明治結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)層包括氧化石墨烯層、及位于該氧化石墨烯層上下兩側(cè)的二氧化鈦層，該二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的尺寸由其中的氧化石墨烯層的大小控制，氧化石墨烯層的平均直徑為200納米到5微米。該二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的厚度為納米級(jí)，且可控，且隨著二氧化鈦與氧化石墨烯質(zhì)量比的增加，無(wú)定形和煅燒處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的厚度呈線性增加，而水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的粗糙度也會(huì)增加。參照?qǐng)D1-3，如隨著二氧化鈦與氧化石墨烯的質(zhì)量比從0. 5增加到10，無(wú)定形二氧化鈦與石墨烯復(fù)合納米片的厚度從2nm線性增加至18. 2nm，煅燒處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的厚度從1.4nm線性增加至9nm，水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的粗糙度從0. 6nm增加至4nm。所述二氧化鈦層為初始反應(yīng)得到的無(wú)定形，或經(jīng)煅燒處理、水處理得到的銳鈦礦晶型，形成的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片可為無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片、煅燒的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片或水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片。本發(fā)明的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料是無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料中的一新品種，其可直接作為填料加入到其他體系中，如聚合物體系，其中的二氧化鈦可以提高聚合物的穩(wěn)定性、抗紫外性等，而氧化石墨烯可帶來(lái)高的強(qiáng)度和模量。如果將本發(fā)明二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片中的氧化石墨烯還原，其將在環(huán)境和能源方面極具有應(yīng)用價(jià)值。二氧化鈦在一定波長(zhǎng)的光作用下，可以產(chǎn)生光生電子和空穴，但純的二氧化鈦由于光生電子和空穴很容易再結(jié)合而導(dǎo)致光電反應(yīng)的效率低下，而當(dāng)二氧化鈦與石墨烯結(jié)合后，由于石墨烯具有極好的電子傳導(dǎo)能力，二氧化鈦受激發(fā)產(chǎn)生的光生電子可以迅速通過(guò)石墨烯層轉(zhuǎn)移到其他地方，大大降低了光生電子和空穴的再結(jié)合，提高了光電轉(zhuǎn)換效率，使得其在太陽(yáng)能電池、光催化反應(yīng)、光催化降解等方面的效率大大提高。上述二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的制備方法，其流程圖如圖4所示， 包括步驟如下步驟1、將氧化石墨烯于常溫下超聲振蕩使之均勻分散于蒸餾水中，制得濃度為 6-7mg/mL氧化石墨烯分散液。
步驟2、將氧化石墨烯分散液用無(wú)水乙醇稀釋至2_5mg/mL。步驟3、將適量的鈦酸丁酯溶解在2-5mL無(wú)水乙醇中，制備濃度為4. 2-84mg/mL的鈦酸丁酯乙醇溶液。步驟4、將不同濃度的鈦酸丁酯乙醇溶液逐滴滴加到溫度為20-60°C且在攪拌的氧化石墨烯的乙醇稀釋液中。步驟5、反應(yīng)2-8個(gè)小時(shí)，得到無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料分散液。步驟6 將無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料分散液經(jīng)過(guò)蒸餾水和無(wú)水乙醇離心洗滌，再常溫真空干燥，得到的粉末為初始反應(yīng)得到的無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。若將進(jìn)行煅燒后處理，則還包括步驟7'、將步驟6制得的無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的粉末置于馬弗爐中，在氬氣或其它惰性氣體保護(hù)下400-550°C煅燒2-4小時(shí)，得到煅燒的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。若將進(jìn)行水處理，則還包括步驟7"、將步驟6制得的無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的粉末超聲分散在蒸餾水中，然后在20-60°C水浴下攪拌8-M個(gè)小時(shí)，常溫真空干燥后獲得的粉末為水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。上述方法操作簡(jiǎn)單，工藝環(huán)保，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，易于規(guī)模化生產(chǎn)，制得的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片結(jié)構(gòu)均具有三明治結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層包括氧化石墨烯層及位于該氧化石墨烯層上下兩側(cè)的二氧化鈦層。其中的氧化石墨烯可通過(guò)在空氣中煅燒和在紫外光作用下分解掉，因此本發(fā)明也為純二氧化鈦納米片的制備提供了新的思路方法。上述制備方法還可應(yīng)用到其他無(wú)機(jī)材料與石墨烯的復(fù)合材料中，為其他二維無(wú)機(jī)片層材料的制備提供新的思路和方法。以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1將氧化石墨烯于常溫下超聲振蕩使之均勻分散于蒸餾水中制得濃度為7mg/mL氧化石墨烯分散液，取1.4mL氧化石墨烯分散液用無(wú)水乙醇稀釋至20mL，超聲分散后轉(zhuǎn)移至 50mL燒瓶中，置于20°C水浴中并攪拌。稱取約40mg鈦酸丁酯溶解在2mL無(wú)水乙醇中，然后將之滴加到50mL燒瓶中。滴完后保持反應(yīng)4個(gè)小時(shí)，得到無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的亮棕色分散液。分散液靜置2個(gè)月后，分上下兩層，透明上層占極少部分，下層依舊為棕色且粘度依舊較小(可參見(jiàn)圖1A)。用無(wú)水乙醇洗滌后，常溫真空干燥得到深棕色的粉末。納米片厚度約3. 4nm,納米片中間為氧化石墨烯層，兩側(cè)為無(wú)定形態(tài)的二氧化鈦層。實(shí)施例2將氧化石墨烯于常溫下超聲振蕩使之均勻分散于蒸餾水中制得濃度為6. 7mg/mL 氧化石墨烯分散液，取1. 5mL氧化石墨烯分散液用無(wú)水乙醇稀釋至20mL，超聲分散后轉(zhuǎn)移至50mL燒瓶中，置于60°C水浴中并攪拌。稱取約210mg鈦酸丁酯溶解在5mL無(wú)水乙醇中， 然后將之滴加到50mL燒瓶中。滴完后保持反應(yīng)2個(gè)小時(shí)，得到無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的棕色分散液。分散液靜置2個(gè)月后，分上下兩層，透明上層占少部分，下層依舊為棕色但粘度較大(可參見(jiàn)圖1B)。用無(wú)水乙醇洗滌后，常溫真空干燥得到棕色的粉末。納米片厚度約9. 5nm,納米片中間為氧化石墨烯層，兩側(cè)為無(wú)定形態(tài)的二氧化鈦層。實(shí)施例3將氧化石墨烯于常溫下超聲振蕩使之均勻分散于蒸餾水中制得濃度為6mg/mL氧化石墨烯分散液，取1. 7mL氧化石墨烯分散液用無(wú)水乙醇稀釋至20mL，超聲分散后轉(zhuǎn)移至 50mL燒瓶中，置于60°C水浴中并攪拌。稱取約420mg鈦酸丁酯溶解在5mL無(wú)水乙醇中，然后將之滴加到50mL燒瓶中。滴完后保持反應(yīng)8個(gè)小時(shí)，得到無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的灰白色分散液。分散液靜置2個(gè)月后，分上下兩層，透明上層占大部分，下層依舊為棕色且接近膠狀(可參見(jiàn)圖1C)。用無(wú)水乙醇洗滌后，常溫真空干燥得到灰白色的粉末。納米片厚度約18. 2nm，納米片中間為氧化石墨烯層，兩側(cè)為無(wú)定形態(tài)的二氧化鈦層。實(shí)施例4按實(shí)施例1的方法制備無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片，將粉末放置在馬弗爐中，在氬氣保護(hù)下400°C煅燒2小時(shí)。煅燒后粉末為黑色。納米片厚度約2nm。納米片兩側(cè)的二氧化鈦層為銳鈦礦晶型。 (可參見(jiàn)圖2)實(shí)施例5按實(shí)施例2的方法制備無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片，將粉末放置在馬弗爐中，在氬氣保護(hù)下500°C煅燒4小時(shí)。煅燒后粉末為黑色。納米片厚度約5.4nm。納米片兩側(cè)的二氧化鈦層為銳鈦礦晶型。(可參見(jiàn)圖2)實(shí)施例6將實(shí)施例1中的粉末在蒸餾水中超聲分散，將該分散液在60°C水浴下攪拌10個(gè)小
時(shí)。常溫真空烘干。水處理后粉末為棕色。納米片兩側(cè)的二氧化鈦層為銳鈦礦晶型，粗糙度約0.75nm。 (可參見(jiàn)圖3)綜上所述，本發(fā)明的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料，將二氧化鈦與氧化石墨烯結(jié)合在一起，具有三明治結(jié)構(gòu)，厚度連續(xù)可控，可滿足各類應(yīng)用中對(duì)于厚度的不同要求；應(yīng)用廣泛，可以有效提高光電效應(yīng)效率，擴(kuò)大在太陽(yáng)能電池、光催化、抗菌等能源和環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用；制備方法操作簡(jiǎn)單，工藝環(huán)保，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，易于規(guī)?；a(chǎn)；本發(fā)明的制備方法還可應(yīng)用到其他無(wú)機(jī)材料與石墨烯的復(fù)合材料中，為其他二維無(wú)機(jī)片層材料的制備提供新的思路和方法。以上所述，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料，其特征在于，該二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的結(jié)構(gòu)層包括氧化石墨烯層、及位于該氧化石墨烯層上下兩側(cè)的二氧化鈦層。
2.如權(quán)利要求1所述的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料，其特征在于，該二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的尺寸由其中的氧化石墨烯層的大小控制，氧化石墨烯層的平均直徑為200納米到5微米。
3.如權(quán)利要求1所述的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料，其特征在于，所述二氧化鈦層為初始反應(yīng)得到的無(wú)定形，或經(jīng)煅燒處理、水處理得到的銳鈦礦晶型。
4.如權(quán)利要求1所述的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料，其特征在于，該二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的厚度可控，隨著二氧化鈦與氧化石墨烯質(zhì)量比的增加，無(wú)定形和煅燒處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的厚度呈線性增加，而水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的粗糙度也會(huì)增加。
5.如權(quán)利要求4所述的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料，其特征在于，隨著二氧化鈦與氧化石墨烯的質(zhì)量比從0. 5增加到10，無(wú)定形二氧化鈦與石墨烯復(fù)合納米片的厚度從2nm線性增加至18. 2nm，煅燒處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的厚度從1.4nm線性增加至9nm，水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的粗糙度從0. 6nm增加至4nm。
6.一種如權(quán)利要求1所述的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的制備方法，其特征在于，包括步驟如下步驟1、將氧化石墨烯于常溫下超聲振蕩使之均勻分散于蒸餾水中，制得濃度為 6-7mg/mL氧化石墨烯分散液；步驟2、將氧化石墨烯分散液用無(wú)水乙醇稀釋至2-5mg/mL ；步驟3、將適量的鈦酸丁酯溶解在2-5mL無(wú)水乙醇中，制備濃度為4. 2-84mg/mL的鈦酸丁酯乙醇溶液；步驟4、將不同濃度的鈦酸丁酯乙醇溶液逐滴滴加到溫度為20-60°C且在攪拌的氧化石墨烯的乙醇分散液中；步驟5、反應(yīng)2-8個(gè)小時(shí)，得到無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料分散液；步驟6、將無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料分散液經(jīng)過(guò)蒸餾水和無(wú)水乙醇離心洗滌，再常溫真空干燥，得到的粉末為初始反應(yīng)得到的無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。
7.如權(quán)利要求6所述的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的制備方法，其特征在于，若將進(jìn)行煅燒后處理，則還包括步驟7、將步驟6制得的無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的粉末置于馬弗爐中，在氬氣或其它惰性氣體保護(hù)下400-550°C煅燒2-4小時(shí)，得到煅燒的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。
8.如權(quán)利要求6所述的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的制備方法，其特征在于，若將進(jìn)行水處理，則還包括步驟7、將步驟6制得的無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的粉末超聲分散在蒸餾水中，然后在20-60°C水浴下攪拌8-24個(gè)小時(shí)，常溫真空干燥后獲得的粉末為水處理的銳鈦礦晶型二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。
9.如權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料的制備方法， 其特征在于，所述制得的二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料中的納米片結(jié)構(gòu)層包括 氧化石墨烯層、及位于該氧化石墨烯層上下兩側(cè)的二氧化鈦層。
全文摘要
一種二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料及其制備方法，該二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片的結(jié)構(gòu)層包括氧化石墨烯層、及位于該氧化石墨烯層上下兩側(cè)的二氧化鈦層，制備方法包括步驟1、將氧化石墨烯于常溫下超聲振蕩使之均勻分散于蒸餾水中，制得氧化石墨烯分散液；步驟2、將氧化石墨烯分散液用無(wú)水乙醇稀釋；步驟3、將適量的鈦酸丁酯溶解在無(wú)水乙醇中，制備鈦酸丁酯乙醇溶液；步驟4、將不同濃度的鈦酸丁酯乙醇溶液逐滴滴加到溫度為20-60℃且在攪拌的氧化石墨烯的乙醇稀釋液中；步驟5、反應(yīng)得到無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料分散液；步驟6、將分散液經(jīng)過(guò)蒸餾水和無(wú)水乙醇離心洗滌，常溫真空干燥，得到的粉末為初始反應(yīng)得到的無(wú)定形二氧化鈦與氧化石墨烯復(fù)合納米片材料。
文檔編號(hào)C09C1/46GK102492313SQ20111037102
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者傅強(qiáng), 姚威威, 楊中強(qiáng), 柴頌剛, 蘇曉聲, 陳楓 申請(qǐng)人:四川大學(xué), 廣東生益科技股份有限公司