一種銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯氣凝膠制備技術(shù)，尤其涉及一種銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種由碳原子以Sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)等物理性能，自2004年首次被科學(xué)家制備出來以來(Novoselov, K.S.et al.Science, 2004, 306, 666)就受到了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，在電池、超級電容器、電子器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
[0003]氣凝膠是一種多孔泡沫狀固體材料，具有極輕的密度以及很高的比表面積。石墨烯氣凝膠兼具石墨烯和氣凝膠的特性，如高的多孔率、高的比表面積、超輕的密度和高的機械強度，因而近年來受到了多領(lǐng)域的關(guān)注，在吸附、工業(yè)催化、環(huán)保、能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
[0004]在石墨烯氣凝膠制備過程中容易發(fā)生石墨烯片堆疊現(xiàn)象，導(dǎo)致材料比表面積和電導(dǎo)率下降。因此，發(fā)展合適的制備方法，進一步提高石墨烯氣凝膠的導(dǎo)電性能和擴展其應(yīng)用是急需解決的問題。對石墨烯進行摻雜或與其他材料復(fù)合是有效的解決途徑。如填充高分子的石墨稀氣凝膠(Chen, Z P, et al.Nature materials, 2011，10，424-428)，填充碳納米管的石墨烯氣凝膠(一種石墨烯-碳納米管復(fù)合全碳超輕彈性氣凝膠，申請?zhí)?201210123313.7 ; 一種石墨稀氣凝膠及石墨稀-納米碳管氣凝膠的制備方法，申請?zhí)?201410592608.8)，氮摻雜的石墨烯氣凝膠(氮摻雜石墨烯氣凝膠，申請?zhí)?201310741365.5 ;氮摻雜石墨烯水凝膠或氣凝膠及制備方法，申請?zhí)?201210341778.X)等。銀納米線具有高的比表面積，優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和較好的柔性，并具有殺菌功能，將銀納米與石墨烯復(fù)合將解決上述問題，而目前相關(guān)研究還沒有開展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種具有高比表面積、高壓縮性、電阻可調(diào)的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠，以石墨烯為骨架搭建成的三維網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，銀納米線分布于石墨烯表面作彈性支撐及導(dǎo)電增強單元，氣凝膠密度0.5?300mg/cm3，可壓縮率20%?85%,電導(dǎo)率10 2?10 3S/m。
[0008]本發(fā)明的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝的膠制備方法，包括以下步驟:
[0009](I)將氧化石墨烯分散于不同重量份的去離子水中形成濃度為0.1?30mg/mL氧化石墨烯分散液；
[0010](2)將銀納米線分散于不同重量份的去離子水中形成濃度為0.05?30mg/mL銀納米線分散液；
[0011](3)將氧化石墨烯分散液與銀納米線分散液混合，經(jīng)超聲分散或攪拌得到銀納米線-氧化石墨烯混合分散液；
[0012](4)將步驟(3)得到的銀納米線-氧化石墨烯分散液放入反應(yīng)容器中，加入還原劑進行化學(xué)還原法還原，得到銀納米線/石墨烯復(fù)合水凝膠；
[0013](5)將步驟(4)得到的銀納米線/石墨烯復(fù)合水凝膠放入去離子水或氨水中，浸泡I?10天，去除反應(yīng)殘余雜質(zhì)；
[0014](6)將步驟(5)得到的銀納米線/石墨烯水凝膠進行冷凍干燥或超臨界干燥，得到銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠。
[0015]本發(fā)明的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠的應(yīng)用，用于吸附、催化降解有機污染物。
[0016]本發(fā)明的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠的應(yīng)用，用于壓力電阻開關(guān)中。
[0017]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用，由于該銀納米線/石墨烯氣凝膠為銀納米線分布于石墨烯表面作彈性支撐和導(dǎo)電增強單元的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；氣凝膠的制備過程包括步驟:首先制備銀納米線、氧化石墨烯分散液；然后將銀納米線與石墨烯分散液與還原劑混合進行還原反應(yīng)，得到銀納米線/石墨烯水凝膠，最后將得到的銀納米線/石墨烯水凝膠進行干燥，得到銀納米線/石墨烯復(fù)合氣凝膠。該銀納米線/石墨烯復(fù)合氣凝膠具有高比表面積、高壓縮性、電阻可調(diào)等特性，在有機污染物吸附、催化、以及壓力電阻開關(guān)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0018]圖1a為本發(fā)明實施例1所制備的銀納米線/石墨烯水凝膠的光學(xué)圖片，圖1b為本發(fā)明實施例1所制備的銀納米線/石墨烯氣凝膠的光學(xué)圖片；
[0019]圖2為本發(fā)明實施例2所制備的銀納米線/石墨烯氣凝膠的XRD圖譜；
[0020]圖3a為本發(fā)明實施例3所制備的銀納米線/石墨烯氣凝膠的低倍掃描電子顯微鏡照片(X 500倍)；
[0021]圖3b為本發(fā)明實施例3所制備的銀納米線/石墨烯氣凝膠的高倍掃描電子顯微鏡照片(X 20000倍)；
[0022]圖4a為本發(fā)明實施例4所制備的銀納米線/石墨烯氣凝膠的低倍掃描電子顯微鏡照片(X 500倍)；
[0023]圖4b為本發(fā)明實施例4所制備的銀納米線/石墨烯氣凝膠的高倍掃描電子顯微鏡照片(X 20000倍)；
[0024]圖5a為本發(fā)明實施例5所制備的銀納米線/石墨烯氣凝膠的低倍掃描電子顯微鏡照片(X 500倍)；
[0025]圖5b為本發(fā)明實施例5所制備的銀納米線/石墨烯氣凝膠的高倍掃描電子顯微鏡照片(X 20000倍)；
[0026]圖6是本發(fā)明實施例3所制備的銀納米線/石墨烯氣凝膠的降解甲基橙的效果隨時間的關(guān)系曲線；
[0027]圖7是本發(fā)明實施例4所制備的銀納米線/石墨烯氣凝膠的電阻隨壓縮率變化曲線。
【具體實施方式】
[0028]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0029]本發(fā)明的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠，其較佳的【具體實施方式】是:
[0030]以石墨烯為骨架搭建成的三維網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，銀納米線分布于石墨烯表面作彈性支撐及導(dǎo)電增強單元，氣凝膠密度0.5?300mg/cm3，可壓縮率20%?85%，電導(dǎo)率10 2?103S/m。
[0031 ] 本發(fā)明的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝的膠制備方法，其較佳的【具體實施方式】是:
[0032]包括以下步驟:
[0033](I)將氧化石墨烯分散于不同重量份的去離子水中形成濃度為0.1?30mg/mL氧化石墨烯分散液；
[0034](2)將銀納米線分散于不同重量份的去離子水中形成濃度為0.05?30mg/mL銀納米線分散液；
[0035](3)將氧化石墨烯分散液與銀納米線分散液混合，經(jīng)超聲分散或攪拌得到氧化石墨烯-銀納米線混合分散液；
[0036](4)將步驟(3)得到的銀納米線-氧化石墨烯分散液放入反應(yīng)容器中，加入還原劑進行化學(xué)還原法還原，得到銀納米線/石墨烯復(fù)合水凝膠；
[0037](5)將步驟(4)得到的銀納米線/石墨烯復(fù)合水凝膠放入去離子水或氨水中，浸泡I?10天，去除反應(yīng)殘余雜質(zhì)；
[0038](6)將步驟(5)得到的銀納米線/石墨烯水凝膠進行冷凍干燥或超臨界干燥，得到銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠。
[0039]步驟⑴所述氧化石墨稀為本領(lǐng)域所知的合適方法，如Hmnmers法制備。
[0040]步驟⑵所述銀納米線直徑2?300nm，長度5?200 μ m。
[0041]步驟(3)所述超聲分散的超聲功率40?1000W，超聲頻率20?80KHz，所述攪拌為磁力攪拌或機械攪拌，轉(zhuǎn)速為40?4000轉(zhuǎn)/分。
[0042]步驟(4)所述化學(xué)還原法采用的還原劑為亞硫酸氫鈉、抗壞血酸、抗壞血酸鈉、水合肼、葡萄糖、硼氫化鈉、氫碘酸、乙二胺等中的一種或多種；還原時間為0.5?24h，還原溫度為10?150°C。
[0043]步驟(5)所述氨水濃度為5?28%。
[0044]步驟(6)所述冷凍干燥的條件包括:冷凍溫度為-5?-65°C，干燥溫度為_45?10°C，真空度10?llOPa，干燥時間為12?96h ;所述超臨界干燥為超臨界二氧化碳干燥。
[0045]本發(fā)明的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠的應(yīng)用，其較佳的【具體實施方式】是:用于吸附、催化降解有機污染物。
[0046]本發(fā)明的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠的應(yīng)用，其較佳的【具體實施方式】是:用于壓力電阻開關(guān)中。
[0047]本發(fā)明中所涉及的原料、試劑、儀器設(shè)備等不受具體型號、工藝條件、操作步驟等的限制，可以是任何商業(yè)或者非商業(yè)的產(chǎn)品。
[0048]本發(fā)明的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠及其制備方法和應(yīng)用。該銀納米線/石墨烯氣凝膠為銀納米線分布于石墨烯表面作彈性支撐和導(dǎo)電增強單元的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明涉及的氣凝膠的制備過程和步驟如下:首先制備銀納米線、氧化石墨烯分散液；然后將銀納米線與石墨烯分散液與還原劑混合進行還原反應(yīng)，得到銀納米線/石墨烯水凝膠，最后將得到的銀納米線/石墨烯水凝膠進行干燥，得到銀納米線/石墨烯復(fù)合氣凝膠。該銀納米線/石墨烯復(fù)合氣凝膠具有高比表面積、高壓縮性、電阻可調(diào)等特性，在有機污染物吸附、催化、以及壓力電阻開關(guān)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價值。
[0049]本發(fā)明成本低廉、制備簡單、易于生產(chǎn)放大、導(dǎo)電性能良好，在導(dǎo)電、催化、吸附、超級電容器、電阻開關(guān)等方面都有良好的應(yīng)用前景。
[0050]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果:
[0051]采用氧化石墨烯、銀納米線為原料制備銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠，原料易得;
[0052]制備過程簡單方便；
[0053]制得的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠是以石墨烯為骨架搭建成的三維網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，銀納米線作彈性支撐和導(dǎo)電增強單元穿插于石墨烯結(jié)構(gòu)中；
[0054]制得的銀納米線/石墨烯復(fù)合彈性氣凝膠具有很好的彈性、極低的密度同時保持優(yōu)異的導(dǎo)電性能，且可以通過調(diào)節(jié)