一種制備銀納米線-石墨烯復(fù)合氣凝膠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于催化劑制備領(lǐng)域，具體涉及一種制備銀納米線-石墨烯復(fù)合氣凝膠的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯是Sp2雜化原子層的二維晶體，具有獨(dú)特的電學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)以及較大的比 表面積、較低的制造成本等性質(zhì)，近年來引起了科學(xué)研究人員的廣泛關(guān)注。石墨烯氣凝膠是 由石墨烯相互搭接而成的三維多空結(jié)構(gòu)材料，除了具有傳統(tǒng)碳材料氣凝膠的一系列優(yōu)異特 性外，其發(fā)達(dá)的空隙、超低的密度以及優(yōu)異的導(dǎo)電特性賦予了石墨烯氣凝膠在能源、環(huán)保以 及催化等領(lǐng)域范闊的應(yīng)用前景。在石墨烯氣凝膠的結(jié)構(gòu)中，石墨烯納米片的卷曲堆疊造成 了氣凝膠的空隙，這使得氣凝膠的孔道中保持了大量的納米孔以及微米孔。因此石墨烯氣 凝膠常被應(yīng)用于能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化的器件中，還可作為超級(jí)電容器，此外氣凝膠還可作為油 水分離材料。還原氧化石墨烯分散液或者氣凝膠是目前最為常用的制備石墨烯氣凝膠的一 種方法，這種方法具有方法簡(jiǎn)單、成本低、性能較為優(yōu)異等特點(diǎn)。但是在還原過程中，石墨烯 很容易發(fā)生團(tuán)聚，因此制備的過程中石墨烯片層之間嚴(yán)重堆積，會(huì)造成石墨烯氣凝膠體積 大幅度收縮。另外通過液相還原方法獲得的石墨烯，表面缺陷含量較多，導(dǎo)電率并不理想。
[0003] 金屬納米結(jié)構(gòu)也具有優(yōu)異的光學(xué)、電化學(xué)及催化等性能，特別是其導(dǎo)電率是碳材 料的數(shù)十至上千倍。但是對(duì)于單純的金屬納米結(jié)構(gòu)在強(qiáng)酸或者強(qiáng)堿等苛刻的環(huán)境下容易發(fā) 生團(tuán)聚甚至溶解，直接影響其實(shí)際應(yīng)用的范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種催化劑，其為石墨烯 與銀納米線復(fù)合的催化劑，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中催化劑在光學(xué)、電學(xué)催化中的催化效率地， 催化結(jié)果不理想的缺陷。
[0005] 為了達(dá)到上述發(fā)明目的及其他目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明提供一種制備銀納米線-石墨烯復(fù)合氣凝膠的方法，包括如下步驟：
[0007] 1)氧化石墨烯水溶液的制備:將氧化石墨烯片加入到水中進(jìn)行混合制備成質(zhì)量濃 度為0.5~1 Omg/mL的氧化石墨稀水溶液；
[0008] 2)將質(zhì)量濃度為1~20mg/mL的銀納米線溶液加入到步驟1)中的氧化石墨稀水溶 液中進(jìn)行混合，制備獲得混合溶液；
[0009] 3)向所述混合溶液中加入還原劑并在密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)制備成水凝膠；
[0010] 4)對(duì)所述水凝膠進(jìn)行清洗和干燥即制備獲得所述氣凝膠。
[0011] 優(yōu)選地，制備成質(zhì)量濃度為0.5~5mg/mL的氧化石墨稀水溶液。更優(yōu)選地，制備成 質(zhì)量濃度為2mg/mL的氧化石墨稀水溶液。
[0012] 優(yōu)選地，步驟1)中混合時(shí)采用攪拌進(jìn)行混合。所述攪拌方式可以為機(jī)械攪拌，也可 以采用超聲波振蕩器進(jìn)行攪拌。
[0013]優(yōu)選地，步驟2)中，所述銀納米線的寬度為20~80nm〇
[0014] 優(yōu)選地，步驟2)中，所述銀納米線溶液濃度為10~20mg/mL。更優(yōu)選地，所述銀納米 線溶液濃度為10mg/mL。
[0015] 優(yōu)選地，步驟2)中，所述銀納米線溶液與所述氧化石墨烯水溶液的體積比小于等 于20。
[0016] 更優(yōu)選地，步驟2)中，所述銀納米線溶液與所述氧化石墨烯水溶液的體積比小于 等于10。
[0017]優(yōu)選地，步驟3)中所述還原劑為亞硫酸鈉、硫化鈉、水合肼、抗壞血酸、對(duì)苯二酚和 乙二胺中的一種或多種。
[0018] 優(yōu)選地，步驟3)中，所述還原劑的質(zhì)量為所述氧化石墨稀水溶液質(zhì)量的2~10倍。
[0019] 更優(yōu)選地，步驟3)中，所述還原劑的質(zhì)量為所述氧化石墨烯水溶液質(zhì)量的6~9倍。 [0020]優(yōu)選地，步驟3)中，所述混合溶液的體積占所述密閉容器體積的10%~90%。
[0021 ] 優(yōu)選地，步驟3)中，所述反應(yīng)溫度為60~180°C。
[0022]更優(yōu)選地，步驟3)中，所述反應(yīng)溫度為60~90°C。
[0023] 優(yōu)選地，步驟3)中，所述反應(yīng)時(shí)間為0.15~100h。更優(yōu)選地，步驟3)中，所述反應(yīng)時(shí) 間為1.5~20h。更優(yōu)選地，步驟3)中，所述反應(yīng)時(shí)間為20h。
[0024] 反應(yīng)結(jié)束后待密閉容器自然降溫后即得到銀納米線-石墨烯水凝膠。
[0025] 優(yōu)選地，步驟4)中，所述干燥為采用冷凍干燥或臨界干燥技術(shù)進(jìn)行干燥。
[0026] 本發(fā)明還提供一種氣凝膠，由上述所述方法制備獲得。
[0027] 本發(fā)明還提供了如上述所述氣凝膠在光催化中降解有機(jī)污染物領(lǐng)域上的用途。
[0028] 本發(fā)明將石墨稀與銀納米線結(jié)合在一起，作為一維結(jié)構(gòu)的銀納米線，將其和石墨 烯組合在一起，共同制備成氣凝膠，在該復(fù)合氣凝膠中，銀納米線作為氣凝膠的骨架，抑制 氣凝膠體積的收縮，除了石墨烯氣凝膠原本的納米孔微米孔以外，石墨烯與銀納米線的團(tuán) 聚得到了有效抑制，形成了從納米至毫米級(jí)別的多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)，石墨烯的導(dǎo)電率也同時(shí)增 加了上千倍，因此銀納米線/石墨烯復(fù)合氣凝膠結(jié)構(gòu)可有效將銀納米線及石墨烯的物理化 學(xué)性質(zhì)發(fā)揮到最大。此外，在制備的過程中，在石墨烯結(jié)構(gòu)中負(fù)載了大量超高活性的銀納米 粒子，進(jìn)一步增強(qiáng)了復(fù)合氣凝膠的催化活性。
[0029] 本發(fā)明所合成的銀納米線/石墨烯復(fù)合氣凝膠材料粒度可以明顯降低水凝膠體積 的收縮，并在石墨烯中負(fù)載大量高活性銀納米顆粒，在該材料中具有超大孔隙率，低密度， 比表面積大，并且形狀可調(diào)，制備過程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，這些優(yōu)點(diǎn)使得該復(fù)合氣凝膠 在光催化、電催化反、熱催化應(yīng)中具有良好的活性，此外在超級(jí)電容器、傳感器等領(lǐng)域均擁 有巨大的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0030] 圖1為實(shí)施例1和2中制備的氣凝膠的光學(xué)照片，如圖所示，a為純石墨烯氣凝膠，b 為銀/石墨烯復(fù)合氣凝膠，銀納米線的加入非常有效的抑制了石墨烯氣凝膠體積的收縮；
[0031] 圖2為實(shí)施例1中制備的石墨烯氣凝膠的SEM圖。
[0032]圖3為實(shí)施例2中制備的銀納米線-石墨烯氣凝膠的SEM圖。
[0033]圖4為實(shí)施例2中制備的銀納米線-石墨稀氣凝膠TEM圖;A為銀納米線，B為石墨稀， C為銀納米顆粒。圖a中可以看出銀納米線交錯(cuò)在一起，圖b中可以看到大量1~2nm大小的銀 納米顆粒分散在銀納米線周邊。
[0034]圖5為實(shí)施例2中制備的氣凝膠的XRD圖。
[0035] 圖6為實(shí)施例1制備的石墨烯氣凝膠對(duì)亞甲基藍(lán)的降解能力的效果圖。在7個(gè)小時(shí) 內(nèi)，石墨烯氣凝膠只能夠降解45%的亞甲基藍(lán)。
[0036] 圖7為實(shí)施例2制備的銀/石墨烯復(fù)合氣凝膠材料對(duì)亞甲基藍(lán)的降解能力的效果 圖。對(duì)于純石墨烯，銀/石墨烯復(fù)合氣凝膠在7個(gè)小時(shí)內(nèi)可降解95 %的亞甲基藍(lán)。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí) 施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0038] 實(shí)施例1
[0039]將200m g的氧化石墨烯溶解于100mL去離子水中，經(jīng)過超聲波震蕩2h，制得質(zhì)量濃 度為2mg/ml的氧化石墨稀水溶液。取15ml氧化石墨稀水溶液加入燒杯中，再加入90mg還原 劑，混合均勻后，將混合液轉(zhuǎn)入封閉容器中，在90°C下保溫20h，制得石墨烯水凝膠。反應(yīng)結(jié) 束后使用去離子水沖洗石墨烯水凝膠，調(diào)節(jié)pH至6.5，將上述產(chǎn)物放入-75°C冰箱中冷凍4h， 隨后將產(chǎn)物放入冷凍干燥機(jī)中干燥12h，從而制得樣品石墨烯氣凝膠A。所述還原劑為亞硫 酸鈉。
[0040] 實(shí)施例2
[00411將200m g的氧化石墨烯溶解于100mL去離子水中，經(jīng)過超聲波震蕩2h，制得質(zhì)量濃 度為2mg/ml的氧化石墨稀水溶液。取15ml氧化石墨稀水溶液加入燒杯中，再加入1.5ml Ag 納米線水溶液(質(zhì)量濃度為l0mg/ml)，再加入90mg還原劑，混合均勾后，將混合液轉(zhuǎn)入封閉 容器中，在90°C下保溫20h，制得銀納米線/石墨烯水凝膠。反應(yīng)結(jié)束后使用去離子水沖洗銀 納米線/石墨稀水凝膠，調(diào)節(jié)pH至6.5，將上述產(chǎn)物放入