一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法
2023-06-20 04:09:51
專利名稱：一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法。
背景技術：
自從發現石墨烯以來，由於其優異的機械、電子和熱穩定性能，石墨烯及其複合物在電子器件、電極、電池、電容器及傳感器方面應用受到人們廣泛重視，成為當前國際熱門研究領域。目前金屬-石墨烯複合物一股是通過化學或熱還原氧化石墨烯(或石墨烯)與金屬化合物的混合物而得到的。這些方法涉及到高毒性的化學還原劑如水合胼等，或要求高溫條件，且往往需要多步，比較耗時；另外，複合物中石墨烯與金屬顆粒均可能發生聚集。
發明內容
本發明目的在於通過一步電化學還原氧化石墨烯和金屬化合物，電化學還原產生的石墨烯與金屬納米粒子沉積在電極表面形成複合薄膜。一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法，將導電基底作為工作電極，將工作電極、對電極和參比電極置入含有氧化石墨烯和金屬化合物的水分散液中，將氧化石墨烯和金屬化合物還原並電沉積至工作電極表面。所述的電沉積的方式包括循環伏安方式、恆電位方式、脈衝電流方式或脈衝電壓方式。將氧化石墨烯和金屬化合物還原並電沉積至工作電極表面的步驟包括先將電沉積過程中的掃描電位達到金屬化合物中正價金屬的還原電位，在工作電極表面先單獨沉積金屬納米粒子，然後將掃描電位達到氧化石墨烯的還原電位，石墨烯和金屬粒子同時被沉積到工作電極表面；接著循環上述電沉積掃描電位操作。金屬化合物中的金屬包括Pt、Pd、Au、或Ag。金屬化合物可以是HAuC14、NH4AuCl4, HPtCl4, (NH4)2PtCl6, HPdCl4, H2PdCl4, (NH4) 2PdCl4 或 Na3 [Ag (S2O3) 2]。對電極選自Pt，Pd等惰性金屬。參比電極選自SCE、Ag/AgCl等標準電極。本發明具體過程如下將導電基底作為工作電極，將工作電極、對電極和參比電極置入含有氧化石墨烯和金屬化合物的水分散液中。在電沉積過程中的先將掃描電位達到金屬化合物的正價金屬的還原電位，在電極表面先單獨沉積金屬納米粒子，然後掃描電位達到氧化石墨烯的還原電位(此電位也滿足正價金屬的還原)，石墨烯和金屬粒子同時被沉積到電極表面；接著循環上述電沉積掃描電位操作。即掃描電位循環到單獨沉積金屬納米粒子的電位，又開始單獨沉積金屬納米粒子，再循環到石墨烯和金屬粒子共沉積電位，根據沉積層數要求確定循環數。本方法具有操作簡單、綠色、快速等特點，該方法得到的複合材料中金屬顆粒均勻分布在石墨烯片層之間，防止了石墨烯的聚集，且由於石墨烯上殘餘的很難被徹底還原含
3氧基團，可與金屬納米粒子相互作用也防止了金屬納米粒子的團聚。通過本發明的方法製備得到複合薄膜可廣泛用於傳感器、電晶體、透明電極、電容器、催化劑及複合材料等領域。
圖1.實施例1沉積在玻碳電極表面的金-石墨烯複合物的掃描電子顯微鏡圖。圖2.實施例2沉積在玻碳電極表面的鉬-石墨烯複合物的掃描電子顯微鏡圖。圖3.實施例3沉積在金電極表面的鉬-石墨烯複合物掃描電鏡圖。圖4.實施例4沉積在金電極表面的銀-石墨烯複合物掃描電鏡圖。圖5.實施例5沉積在銅鎢合金電極表面的金-石墨烯複合物掃描電鏡圖。圖6.實施例6沉積在玻碳電極表面的金-石墨烯複合物的掃描電子顯微鏡圖。
具體實施例方式以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。實施例1 (1)工作電極將玻碳電極拋光、清洗乾淨備用；(2)配製氧化石墨烯水分散液氧化石墨烯分散於電解質HAuCl4的溶液中，超聲 30分鐘待用；(3)金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備以玻碳電極為工作電極，鉬電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，將以上三電極置於氧化石墨烯(濃度為1. OmgmL-1)和 HAuCl4 (濃度為100 μ M)的水分散液中，在電化學工作站上進行循環伏安掃描，掃描電位區間為-1. 5伏特至0. 6伏特，首先從0伏掃到-1. 5伏，然後從-1. 5伏掃至0. 6伏，再從0. 6 伏掃至0伏，完成一個循環，掃描速率為每秒25毫伏。圖1為沉積在玻碳電極表面的金-石墨烯複合物的掃描電子顯微鏡圖。實施例2 將實施例1中HAuCl4改為HPtCl4,其餘同實施例1。圖2為沉積在玻碳電極表面的鉬-石墨烯薄膜掃描電鏡圖。實施例3將實施例1中玻碳電極改為金電極，HAuCl4改為HPtCl4,其餘同實施例1。圖3為沉積在金電極表面的鉬-石墨烯薄膜掃描電鏡圖。實施例4將實施例3中HPtCl4改為Na3 [Ag(S2O3)2]，其餘同實施例3。圖4為沉積在金電極表面的銀-石墨烯薄膜掃描電鏡圖。實施例5將實施例1中玻碳電極改為銅鎢合金電極，其餘同實施例1。圖5為沉積在銅鎢合金電極表面的金-石墨烯薄膜掃描電鏡圖。實施例6將實施例1中循環伏安法改為脈衝電壓法，開態電壓為-1. 3伏特，開態時間為0. 5 秒，關態電壓為-0. 000001伏特，關態時間為1. 0秒。圖6為沉積在玻碳電極表面的金-石墨烯複合薄膜的掃描電子顯微鏡圖。
權利要求
1.一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法，其特徵在於，將導電基底作為工作電極，將工作電極、對電極和參比電極置入含有氧化石墨烯和金屬化合物的水分散液中，將氧化石墨烯和金屬化合物還原並電沉積至工作電極表面。
2.根據權利要求1所述的一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法，其特徵在於， 所述的電沉積的方式包括循環伏安方式、恆電位方式、脈衝電流方式或脈衝電壓方式。
3.根據權利要求1或2所述的一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法，其特徵在於，將氧化石墨烯和金屬化合物還原並電沉積至工作電極表面的步驟包括先將電沉積過程中的掃描電位達到金屬化合物中正價金屬的還原電位，在工作電極表面先單獨沉積金屬納米粒子，然後將掃描電位達到氧化石墨烯的還原電位，石墨烯和金屬粒子同時被沉積到工作電極表面；接著循環上述電沉積掃描電位操作。
4.根據權利要求1或2所述的一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法，其特徵在於，導電基底選自金電極、玻碳電極、鈦電極、銅電極、鉬電極、鎢電極、銅鎢合金電極、銀鎢合金電極、鑄鐵電極、鈰鎢電極、鑭鎢電極、釷鎢電極或鋯鎢電極。
5.根據權利要求1所述的一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法，其特徵在於， 金屬化合物中的金屬包括Pt、Pd、Au、或Ag。
6.根據權利要求1所述的一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法，其特徵在於， 所述水分散液的PH值為2. 6-9. 9。
7.根據權利要求1所述的一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法，其特徵在於，金屬化合物是 HAuCl4, NH4AuCl4, HPtCl4, (NH4)2PtCl6, HPdCl4, H2PdCl4, (NH4)2PdCl4 或 Na3 [Ag (S2O3)2L
全文摘要
一種金屬納米粒子-石墨烯複合物的製備方法，本發明將導電基底作為工作電極，將工作電極、對電極和參比電極置入含有氧化石墨烯和金屬化合物的水分散液中，將氧化石墨烯和金屬化合物還原並電沉積至工作電極表面。該金屬納米粒子-石墨烯複合物可廣泛用於傳感器、透明電極、電容器、電池及催化等領域。
文檔編號C25B1/00GK102174702SQ201110004729
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者劉承斌, 唐豔紅, 王珂, 羅勝聯 申請人:湖南大學