一種石墨烯基金屬復合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石墨烯基復合材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯基金屬復合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面二維材料，是構(gòu)建其他維數(shù)炭材料如:零維富勒烯、一維納米碳管以及石墨等的基本結(jié)構(gòu)單元。石墨烯獨特的結(jié)構(gòu)使其具有許多奇特的性質(zhì)，比如:石墨烯具有室溫量子霍爾效應(yīng)；它的強度是目前所有材料中最高的，高達130GPa ;其載流子迀移率達15000cm2.T1.s_\超過商用硅片迀移率的10倍以上；熱導率高達5000W.πΓ1.Γ1，是金剛石的3倍，是炭纖維的5倍以上；此外，石墨烯的理論比表面積也非常高，理論上達到了 2630m2.g'
[0003]三維石墨烯不僅部分保留了石墨烯獨特優(yōu)異的力學、熱學及電學性能，還將對石墨稀的研宄視點由微觀納米材料向宏觀塊體材料轉(zhuǎn)變，并為其進一步宏觀應(yīng)用奠定下良好基礎(chǔ)。三維石墨烯中，石墨烯氣凝膠的優(yōu)點最多，其集成了石墨烯和氣凝膠高比表面、高孔隙率、高電導率以及良好的熱導率等優(yōu)點，在探測器、催化劑及其載體、吸附、電化學儲能以及電容器等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。
[0004]由于單純的氧化石墨烯氣凝膠的強度較低，制約了其進一步應(yīng)用，因此，人們將目光聚焦于三維石墨烯氣凝膠的修飾上，眾多修飾方法中以石墨烯氣凝膠和金屬的復合材料的關(guān)注度較高。現(xiàn)有技術(shù)中，制備石墨烯基金屬復合材料的方法多采用甲烷、乙烯作為碳源，在700?1000°C的高溫條件下進行制備，不僅能耗高，而且產(chǎn)生的尾氣對環(huán)境造成了污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為解決上述問題而進行的，通過提供一種新的石墨烯基金屬復合材料的制備方法，進一步提尚石墨稀基金屬復合材料制備過程的環(huán)境友好性。
[0006]本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供的石墨烯基金屬復合材料的制備方法，具有這樣的特征，包括以下步驟:
[0008]步驟一，將石墨烯氣凝膠作為三電極體系中的工作電極，在pH為I?7的帶有金屬離子的電解液中，在25?90°C溫度條件下電沉積0.1?24h，得到石墨稀基金屬復合預產(chǎn)物；
[0009]步驟二，將步驟一中的石墨稀基金屬復合預產(chǎn)物在惰性氣體氛圍中，在溫度為100?900°C的條件下進行熱處理I?10h，得到所述石墨稀基金屬復合材料。
[0010]本發(fā)明提供的石墨烯基金屬復合材料的制備方法，還可以具有這樣的特征:還包括將步驟一中得到的石墨烯基金屬復合預產(chǎn)物在清水中浸泡至PH為7的步驟。
[0011]本發(fā)明提供的石墨烯基金屬復合材料的制備方法，還可以具有這樣的特征:步驟一中，石墨稀氣凝膠的制備方法為:配置濃度為0.0l?10mg/mL的氧化石墨稀水溶液，經(jīng)100?200°C條件下水熱處理20h后形成石墨烯水凝膠，石墨烯水凝膠在_60°C條件下冷凍干燥72h后得到石墨烯氣凝膠。
[0012]本發(fā)明提供的石墨烯基金屬復合材料的制備方法，還可以具有這樣的特征:步驟二中，電解液由緩沖液和金屬離子液體組成，
[0013]緩沖液包含0.01 ?lmol/L Na3C6H507.2Η20、0.01 ?lmol/L H3BO3以及 0.01 ?Imo I/L NaH2PO2.H2O,
[0014]金屬離子液體包含0.01 ?lmol/L FeSO4.7Η20、0.01 ?lmol/L CoSO4.7H20、0.01 ?lmol/L CuSO4.5H20 以及 0.01 ?lmol/L MnSO4* 的任意一種或幾種。
[0015]本發(fā)明提供的石墨烯基金屬復合材料的制備方法，還可以具有這樣的特征:步驟二中，惰性氣體氛圍為氮氣氛圍以及氬氣氛圍中的任意一種。
[0016]本發(fā)明提供的石墨烯基金屬復合材料的制備方法，還可以具有這樣的特征:在三電極體系中，鉑片和飽和干汞電極分別作為對電極和參比電極。
[0017]發(fā)明作用與效果
[0018]本發(fā)明提供了一種石墨烯基金屬復合材料的制備方法，首先以石墨烯氣凝膠作為三電極體系中的工作電極，采用電沉積的方法，得到石墨烯基金屬復合預產(chǎn)物，然后，得到的石墨烯基金屬復合預產(chǎn)物再經(jīng)過熱處理得到石墨烯基金屬復合材料。由于采用電沉積的方法，使得本發(fā)明提供的石墨烯基金屬復合材料的制備方法不涉及任何高能耗高污染操作，環(huán)境友好性強。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的實施例一中石墨烯氣凝膠的SEM圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的實施例二中石墨烯基金屬復合材料的SEM圖；
[0021]圖3是本發(fā)明的實施例二中的石墨烯基金屬復合材料的拉曼圖譜；
[0022]圖4是本發(fā)明的實施例二中的石墨烯基金屬復合材料的紅外光譜圖；
[0023]圖5是本發(fā)明的實施例四中的石墨烯基金屬復合材料的強度圖；
[0024]圖6是本發(fā)明的實施例七中的石墨烯基金屬復合材料的SEM圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0026]石墨烯氣凝膠的制備方法
[0027]實施例一
[0028]本實施例提供了石墨烯氣凝膠的制備方法:配置濃度為0.01?10mg/mL的氧化石墨烯水溶液，經(jīng)100?200°C條件下水熱處理20h后形成石墨烯水凝膠，石墨烯水凝膠在_60°C條件下冷凍干燥72h后的到石墨烯氣凝膠。
[0029]圖1為本實施例的石墨烯氣凝膠的SEM圖。
[0030]如圖1所示，石墨烯氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)中石墨烯片層連續(xù)，為多級孔結(jié)構(gòu)。
[0031]石墨烯基金屬復合材料的制備方法
[0032]實施例二
[0033]本實施例中的石墨烯基金屬復合材料的制備方法為優(yōu)選方法，包括以下步驟:
[0034]步驟一，將實施例一中的石墨烯氣凝膠在三電極體系中進行電沉積，其中，實施例一中的石墨烯氣凝膠為工作電極，Pt片和飽和干汞電極分別為對電極以及參比電極，電解液體系為 0.24mol/L FeSO4.7Η20、0.16mol/L CoSO4.7Η20、0.8mol/L Na3C6H5O7.2Η20、0.2mol/L !^03以及0.8mol/L NaH 2Ρ02.Η20的混合液，pH為3，沉積溫度為60°C，沉積時間為2h，得到石墨稀基金屬復合預產(chǎn)物；
[0035]步驟二，將步驟一中的石墨烯基金屬復合預產(chǎn)物在清水中浸泡至pH為7，得到次石墨稀基金屬復合材料；
[0036]步驟三，將步驟二中的次石墨烯基金屬復合材料在氮氣條件的保護下，在溫度為500°C的條件下進行熱處理5h，得到石墨烯基金屬復合材料。
[0037]依據(jù)本實施例的方法制備的石墨烯基金屬復合材料的抗壓強度為lOOKPa，電阻為10-100Ω 0
[0038]圖2為本實施例中的石墨烯基金屬復合材料的SM圖。
[0039]如圖2所示，通過本實施例中的電沉積技術(shù)，可以使金屬顆粒均勻的生長在石墨烯氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)中。
[0040]圖3為本實施例中的石墨烯基金屬復合材料的拉曼光譜圖。
[0041]如圖3所示，電沉積技術(shù)使得金屬顆粒與石墨烯氣凝膠產(chǎn)生物理吸附，未產(chǎn)生新的化學鍵，保留了石墨烯氣凝膠優(yōu)良的物理化學性質(zhì)。
[0042]圖4為本實施例的石墨烯基金屬復合材料的紅外光譜圖。
[0043]如圖4所示，經(jīng)過不同時間的電沉積技術(shù)處理，石墨烯氣凝膠并未產(chǎn)生新的化學鍵，保留了其本身良好的物理化學性質(zhì)。
[0044]實施例三
[0045]石墨烯基金屬復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0046]步驟一，將實施例一中的石墨烯氣凝膠在三電極體系中進行電沉積，其中，實施例一中的石墨烯氣凝膠為工作電極，Pt片和飽和干汞電極分別為對電極以及參比電極，電解液體系為0.5mol/L FeSO4.7Η20、0.5mol/L MnSO4U.0moI/L Na3C6H5O7.2Η20、0.3moI/L H3BO3以及0.5mol/L NaH2PO2.H2O的混合液，pH為4，沉積溫度為60°C，沉積時間為6h，得到石墨烯基金屬復合預產(chǎn)物；
[0047]步驟二，將步驟一中的石墨烯基金屬復合預產(chǎn)物在清水中浸泡至pH為7，得到次石墨稀基金屬復合材料；
[0048]步驟三，將步驟二中的次石墨烯基金屬復合材料在氮氣條件的保護下，在溫度為100°c的條件下進行熱處理10h，得到石墨烯基金屬復合材料。
[0049]依據(jù)本實施例的方法制備的石墨烯基金屬復合材料的抗壓強度為50KPa左右，電阻為 10-100 Ω 0
[0050]實施例四
[0051]石墨烯基金屬復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0052]步驟一，將實施例一中的石墨烯氣凝膠在三電極體系中進行電沉積，其中，實施例一中的石墨烯氣凝膠為工作電極，Pt片和飽和干汞電極分別為對電極以及參比電極，電解液體系為 1.0moI/L FeSO4.7H20、lmol/L CuSO4.5Η20、0.5mol/L Na3C6H5O7.2Η20、0.5mol/LH3BO3以及0.8mol/L NaH 2P02.H2O的混合液，pH為2，沉積溫度為25°C，沉積時間為24h，得到石墨烯基金屬復合預產(chǎn)物；
[0053]步驟二，將步驟一中的石墨烯基金屬復合預產(chǎn)物在清水中浸泡至pH為7，得到次石墨稀基金屬復合材料；
[0054]步驟三，將步驟二中的次石墨烯基金屬復合材料在氮氣條件的保護下，在溫度為900°C的條件下進行熱處理0.lh，得到石墨烯基金屬復合材料。
[0055]依據(jù)本實施例的方法制備的石墨烯基金屬復合材料的抗壓強度為5KPa左右，電阻為 10-100 Ω ?
[0056]圖5是本實施例中的石墨烯基金屬復合材料應(yīng)力應(yīng)變圖。
[0057]圖5所示，石墨烯基金屬復合材料機械強度可以達到5KPa。
[0058]實施例五
[0059]石墨烯基金屬復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0060]步驟一，將實施例一中的石墨烯氣凝膠在三電極體系中進行電沉積，其中，實施例一中的石墨烯氣凝膠為工作電極，Pt片和飽和干汞電極分別為對電極以及參比電極，電解液體系為 0.5mol/L CoSO4.5Η20、lmol/L MnS04、0.01mol/L Na3C6H5O7.2Η20、0.8mol/L H3BO3以及l(fā)mol/L NaH2PO2.H2O的混合液，pH為2，沉積溫度