石墨烯基無機納米材料ppt
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這是一個關于石墨烯基無機納米材料ppt，主要介紹無機納米粒子可減小石墨烯片層間的相互作用, 而石墨烯與特定納米粒子相結合,使該類復合材料在催化劑、光學等領域具有廣泛的應用前景。歡迎點擊下載哦。
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石墨烯基無機納米材料
張乃夫
簡介
將無機材料(金屬納米材料、半導體和絕緣納米材料)分散在石墨烯納米層表面可合成石墨烯基無機納米復合材料。
由于無機納米粒子的存在可使石墨烯片層間距增加到幾個納米，從而大大減小石墨烯片層之間的相互作用，使單層石墨烯的獨特性質得以保留，這是通常化學修飾法難以企及的。因此，用無機納米粒子修飾石墨烯片提供了一條阻止石墨烯片團聚的嶄新途徑。從另一個角度看，石墨烯基無機納米復合材料不但可以同時保持石墨烯和無機納米粒子的固有特性，，而且能夠產生新穎的協(xié)同效應，具有廣泛的應用價值。
無機納米粒子可減小石墨烯片層間的相互作用, 而石墨烯與特定納米粒子相結合,使該類復合材料在催化劑、光學等領域具有廣泛的應用前景
目前研究的無機納米粒子主要包括金屬納米粒子: Au、Ag、Pd、Pt、Ni、Cu、Ru、Rh; 金屬氧化物納米粒子: TiO2、ZnO、SnO2、MnO2、Co3O4、Fe3O4、NiO、Cu2O、RuO2、SiO2; 硫化物納米粒子: CdS、CdSe。
應用前景
由于石墨烯具有獨特的結構柔韌性、超高的電導率、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及巨大的比表面積,石墨烯在納米材料的制備與應用領域具有廣闊的發(fā)展前景,將擁有優(yōu)異性能的石墨烯與其他功能納米材料相結合制備石墨烯基納米復合材料,是拓展石墨烯應用范圍的有效途徑。運用于光催化、超級電容器、對硝基苯酚(4-NP)催化加氫等領域中。
制備方法
化學還原法制備
電化學沉積法制備
熱蒸發(fā)法制備
水熱法制備
溶膠凝膠法制備
化學還原法制備
化學還原法是目前制備石墨烯基金屬納米材料較常用的方法。一些貴金屬的前驅體, 如HAuCl4、AgNO3、K2PtCl4 和H2PdCl6 可被抗壞血酸、NaBH4等還原劑在石墨烯表面還原。
此外, 金屬氧化物如Cu2O、SnO2、MnO2、NiO等也可通過化學還原在GO/rGO 表面生成。如
Xu, Z.; Gao, H.; Guoxin, H., Solution-based synthesis and characterization of a silver nanoparticle–graphene hybrid film. Carbon 2011, 49 (14), 4731-4738.
電化學沉積法制備
化學還原法中使用的還原劑和有機溶劑會降低石墨烯與納米粒子結合界面的活性, 從而降低復合材料的性能, 直接在石墨烯基體電化學沉積無機納米材料是制備石墨烯復合薄膜一種綠色環(huán)保且高效的方法。
而后隨著氧化石墨烯直接電化學沉積制備石墨烯工藝的出現, 人們發(fā)現可將GO 和金屬離子共沉積制備復合材料。
熱蒸發(fā)法制備
熱蒸發(fā)法是一種低成本、可規(guī)模化、不使用化學試劑并且形態(tài)可控的制備石墨烯基無機納米復合材料的方法。如Zhou等利用熱蒸發(fā)法在石墨烯表面沉積了金納米粒子并且研究了石墨烯層數對納米金粒子粒徑大小和密度的影響。他們發(fā)現隨著石墨烯層數的增加, 粒子密度降低而粒徑尺寸增大,這是因為在不同表面沉積的金原子擴散系數不同,并且石墨烯表面的自由能與層數有關, 而層數控制著石墨烯與熱蒸發(fā)金原子的交互作用從而影響了石墨烯表面對金納米粒子的吸收、解析和擴散。
水熱法制備
水熱法是一種可在高溫固定體積下產生高壓從而制備無機納米復合材料的簡單方法。例如Wang等利用水熱法制備了Bi2O3/石墨烯納米復合材料, 該材料在10 A/g 時比電容達到了757 F/g。最近Marlinda 等利用水熱法處理含有GO 、Zn(CH3COO)2、NaOH 和氨水的混合液制備出了ZnO 納米棒/石墨烯復合材料, 其可應用在氣體傳感器領域。
溶膠凝膠法制備
溶膠–凝膠法是制備金屬氧化物結構材料和薄膜涂層材料非常有效的一種方法, 其以金屬醇鹽或金屬氯化物作為前驅體進行一系列的水解和縮聚反應。此方法已成功制備石墨烯/TiO2 、Fe3O4、SiO2納米復合材料。
復合分類
石墨烯與鉑系金屬的復合
石墨烯與金屬Ag的復合
石墨烯與金屬Au的復合
石墨烯與TiO2的復合
石墨烯與硫化物半導體的復合
石墨烯與鉑系金屬的復合
用表面積大、導電性好的碳材料負載納米尺寸的鉑系催化劑可以顯著提高其在質子交換膜燃料電池(PEMFC) 中的電催化性能。這不僅可以使催化劑表面積最大化，以利于電子的傳遞，而且導電性的支撐材料起到了富集和傳遞電子作用。目前所用的主要支撐材料是炭黑，但由于石墨烯有著更加優(yōu)異的性能，所以被認為是更為理想的支撐材料。
石墨烯與金屬Ag 的復合
Ag 的附著導致薄膜中氧化石墨烯拉曼信號的增強，其增強程度可以通過氧化石墨烯片上Ag 納米粒子的數量進行調節(jié)。
Pasricha等將Ag2 SO4加入含KOH的氧化石墨烯懸浮液中，由于氧化石墨烯上的羥基具有酚的弱酸性，在堿性條件下生成酚鹽陰離子，酚鹽陰離子通過芳香族親電取代反應將電子轉移給Ag + ，使Ag + 被還原，生成Ag /GO 復合物，用肼還原該復合物得到了Ag /GE 復合物。
石墨烯與金屬Au的復合
國家納米科學中心的孫連峰等將加熱蒸發(fā)產生的Au 蒸氣沉積在厚度不均勻的石墨烯表面，經過熱處理形成Au /GE 復合物。他們發(fā)現隨著石墨烯層數的增加，Au 粒子的尺寸和粒子間的間隙逐漸增大，這對鑒別不同層數的石墨烯有著重要意義。
此外，Feng 等用第一原理方法( first-principlesmethods) 研究了Au /GE 復合物催化氧化CO 的活性，研究顯示Au 原子與石墨烯的相互作用導致其部分填充的d 軌道位于費米能級附近，從而產生了高催化活性。
石墨烯與TiO2的復合
TiO2因其穩(wěn)定、無污染的特性而成為最佳的光催化材料之一。由于光激發(fā)TiO2產生的電子空穴對極易復合，所以利用石墨烯獨特的電子傳輸特性降低光生載流子的復合，從而提高TiO2光催化效率成為了一個研究熱點。研究表明石墨烯是理想的光催化劑載體。
美國圣母大學的Kamat 等將氧化石墨粉末加入TiO2膠體分散液中超聲，得到包裹著TiO2納米粒子的氧化石墨烯懸浮液，在氮氣的保護下用紫外光照射懸浮液，得到TiO2 /GE 復合材料。TiO2作為光催化劑將光電子從TiO2轉移至氧化石墨烯片上，紫外光被認為起到了還原劑的作用。該法不僅提供了一種氧化石墨烯的紫外光輔助還原技術，而且為獲得具有光學活性的半導體/ 石墨烯復合材料開辟了新的路徑。
石墨烯與硫化物半導體的復合
除了金屬氧化物半導體，石墨烯與金屬硫化物半導體的復合也是發(fā)展半導體/石墨烯納米復合材料的一個重要方向。
上海大學曹傲能及其合作者用氧化石墨烯和醋酸鎘在二甲亞砜( DMSO) 中一步合成了石墨烯/CdS 量子點納米復合材料，其中氧化石墨烯是通過溶劑熱法在DMSO 中還原成石墨烯，DMSO 是反應的溶劑和硫源，該復合物是理想的光電材料。
Li 等利用化學浴沉積構筑了分層的石墨烯/CdS 量子點納米薄膜結構，通過對該結構研究表明石墨烯可以有效地收集和傳輸光生電荷，有望應用于下一代太陽電池的捕光裝置中。
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本文編號：242698
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