專利名稱：應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)化的石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)化的石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法，屬于納米 無機(jī)材料及能量化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石墨烯(Graphene)是碳元素的一種新的同素異形體，它有比較特殊的蜂窩狀二維結(jié)構(gòu)， 由單層碳原子組成的厚度為0.34nm的二維晶體結(jié)構(gòu)。自2004年發(fā)現(xiàn)其獨(dú)立存在以來，引起 了廣泛的關(guān)注，它不僅有良好的機(jī)械性能，也有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)，比如無質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米 子、布里淵散射和超高的電子遷移率，比硅半導(dǎo)體的電子遷移率高100倍，比砷化鎵高20倍。 鑒于其優(yōu)異的機(jī)械、電子、物理、化學(xué)方面的性能引起了各學(xué)科的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為在廣泛 領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景，其中包括電子器件、能量存儲等。量子點(diǎn)由于其獨(dú)特的量子尺寸 效應(yīng)，被廣泛的應(yīng)用于光電領(lǐng)域，比如太陽能電池、發(fā)光器件、生物標(biāo)記等。硫化鎘(CdS) 作為一種重要的II-VI族的半導(dǎo)體，具有較好的光學(xué)透射比和較窄的能帶(為2.42ev)。
我們目的是取兩種材料的優(yōu)勢，使硫化鎘(CdS)在石墨烯(Graphene)表面生長，利用 硫化鎘(CdS)量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)吸收光子轉(zhuǎn)化成電子，利用石墨烯(Graphene)獨(dú)特的 電子性質(zhì)運(yùn)輸電荷，達(dá)到光電轉(zhuǎn)化的目的。同時，該復(fù)合材料所選原料相對低廉，容易獲得， 同時制備方法較簡單且容易操作，且光電轉(zhuǎn)化效率高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)化的石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法。
1本發(fā)明一種應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)化的石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于 具有以下的過程和步驟
a.單層氧化石墨片和單層石墨烯的制備用天然石墨粉為原料，加入一定量的濃硫酸、 過硫酸鉀和五氧化二磷，在8(TC下均勻混合，使其反應(yīng)4.5小時；將混合物冷卻至室溫，用 去離子水烯釋后靜置過夜，然后用0.2微米孔的醋酸纖維素膜過濾分離，并用大量去離子水 洗滌，產(chǎn)物在室溫下靜置過夜；將上述產(chǎn)物即預(yù)氧化的石墨邊攪拌，邊加入冷濃硫酸和高錳 酸鉀的混合溶液中，在35"C下攪拌后用去離子水烯釋，繼續(xù)攪拌，再加入一定量的過氧化氫 溶液；然后將上述溶液過濾，并用稀鹽酸溶液洗滌除去金屬離子，再用去離子水洗滌除去多 余的酸，并多次用水洗滌至中性；最后將產(chǎn)物透析一周，除去殘留的金屬離子；最終制得氧 化石墨片水溶液；再將其進(jìn)行超聲處理，得到黃褐色的均一分散的單層氧化石墨片溶液；
取上述均一分散的單層氧化石墨片溶液，按一定比例加入于一定量的還原劑水合肼溶液中，在95'C下攪拌15小時，經(jīng)還原反應(yīng)后，將所得產(chǎn)物過濾，即得到黑色固體單層石墨烯； b.石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備將上述所得的單層石墨烯為原料，將其與二水 合乙酸鎘(Cd(CH3COO)2 2H20)以1: 1的比例均勻分散于一定體積的二甲亞砜溶液中； 單層石墨烯與二水合乙酸鎘的配合用量的摩爾比為1: 1; 二甲亞砜溶液的用量以石墨烯的質(zhì) 量為計(jì)算基準(zhǔn)，即每1毫克石墨烯需加入1毫升二甲亞砜溶液；在經(jīng)超聲處理一段時間后， 將其轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在150 20(TC下退火8 16小時，產(chǎn)物經(jīng)丙酮和乙醇反復(fù)多次洗洗后， 干燥，即得石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料。
本發(fā)明的特點(diǎn)是使用二甲亞砜，既作為溶液，又作為硫源；得到的復(fù)合材料中，硫化鎘 量子點(diǎn)和石墨烯片之間不需要其他分子來共價連接。本發(fā)明所得的原料相對低廉，容易獲得， 同時制備工藝簡單，操作方便，且產(chǎn)物復(fù)合材料的光電轉(zhuǎn)化效率較高。


圖1為本發(fā)明所得單層氧化石墨片的原子力顯微鏡(AFM)照片圖。 圖2為本發(fā)明所得石墨烯順化鎘復(fù)合材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片圖。 圖3為本發(fā)明所得石墨烯/硫化鎘復(fù)合材料的X射線衍射(XRD)譜圖。 圖4為本發(fā)明所得石墨烯/硫化鎘復(fù)合材料的熱重和差示掃描量熱分析(TG-DSC)數(shù)據(jù)
曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的 具體實(shí)施例進(jìn)一步說明于后。
實(shí)施例l
本實(shí)施例中的過程和步驟如下
1、單層氧化石墨片和單層石墨烯的制備用天然石墨粉為原料，取3克、325目細(xì)度的 天然石墨粉，加入12毫升濃硫酸，2.5克過硫酸鉀和2.5克五氧化二磷，在80'C下均勻混合， 使其反應(yīng)4.5小時；將混合物冷卻至室溫，用去離子水烯釋后靜置過夜，然后用0.2微米孔的 醋酸纖維素膜過濾分離，并用大量去離子水洗滌，產(chǎn)物在室溫下靜置過夜；將上述產(chǎn)物即預(yù) 氧化的石墨邊攪拌，邊緩慢加入冷濃的O'C的濃硫酸120毫升和高錳酸鉀15克組成的混合溶 液中，在35'C下橫拌2小時后用250毫升去離子水烯釋，繼續(xù)攪拌2小時后再加入700毫升 的離子水，再經(jīng)攪拌后加入20毫升過氧化氫溶液；然后將上述溶液過濾，并用h IO的稀鹽 酸溶液洗滌除去金屬離子，再用去離子水洗滌除去多余的酸，并多次用大量的水洗滌至中性; 最后將產(chǎn)物透析一周，除去殘留的金屬離子；最終得到氧化石墨片水溶液；再將其進(jìn)行超聲 處理20分鐘，得到黃褐色的均一分散的單層氧化石墨片溶液；取上述均一分散的單層氧化石墨片溶液，按一定比例加入于一定量的還原劑水合肼溶液 中，在95"下攪拌15小時，經(jīng)還原反應(yīng)后，將所得產(chǎn)物過濾，即得到黑色固體單層石墨烯；
2、石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備將上述所得的單層石墨烯為原料，將其與二 水合乙酸鎘(Cd(CH3COO)2 2H20)以l: 1的比例均勻分散于一定體積的二甲亞砜溶液中； 單層石墨烯與二水合乙酸鎘的配合用量的摩爾比為1: 1; 二甲亞砜溶液的用量以石墨烯的質(zhì) 量為計(jì)算基準(zhǔn)，即每l毫克石墨烯需加入l毫升二甲亞砜溶液；在經(jīng)超聲處理一段時間后， 將其轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在180'C下退火12小時，產(chǎn)物經(jīng)丙酮和乙醇反復(fù)多次洗洗后，干燥， 即得石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料。 實(shí)施例2
本實(shí)施例中的制備過程和步驟與上述實(shí)施例1完全相同。不同的是在反應(yīng)釜中還火溫 度為150。C，退火時間為8小時，最終制得復(fù)合材料。 實(shí)施例3
本實(shí)施例中的制備過程和步驟與上述實(shí)施例1完全相同。不同的是在反應(yīng)釜中還火溫
度為20(TC，退火時間為16小時，最終制得復(fù)合材料。
本實(shí)施例中所得到的石墨烯/硫化鎘復(fù)合材料樣品，經(jīng)各項(xiàng)儀器檢測，其檢測結(jié)果見附圖 中的圖1、圖2、圖3和圖4。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中所得單層氧化石墨片的原子力顯微鏡(AFM)照片圖。從圖中可 見，本實(shí)施例中所得的氧化石墨溶液中的石墨粒子為單層片狀微晶結(jié)構(gòu)。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中所得石墨烯/硫化鎘復(fù)合材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片圖。 從圖中可見，所得復(fù)合材料的納米顆粒形態(tài)。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中所得石墨烯/硫化鎘復(fù)合材料的X射線衍射(XRD)譜圖。圖中的 峰值處表示有石墨烯和CdS的存在。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中所得石墨烯/硫化鎘復(fù)合材料的熱重和差示掃描量熱分析 (TG-DSC)數(shù)據(jù)曲線圖。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)化的石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具有以下的過程和步驟a.單層氧化石墨片和單層石墨烯的制備用天然石墨粉為原料，加入一定量的濃硫酸、過硫酸鉀和五氧化二磷，在80℃下均勻混合，使其反應(yīng)4.5小時；將混合物冷卻至室溫，用去離子水烯釋后靜置過夜，然后用0.2微米孔的醋酸纖維素膜過濾分離，并用大量去離子水洗滌，產(chǎn)物在室溫下靜置過夜；將上述產(chǎn)物即預(yù)氧化的石墨邊攪拌，邊加入冷濃硫酸和高錳酸鉀的混合溶液中，在35℃下攪拌后用去離子水烯釋，繼續(xù)攪拌，再加入一定量的過氧化氫溶液；然后將上述溶液過濾，并用稀鹽酸溶液洗滌除去金屬離子，再用去離子水洗滌除去多余的酸，并多次用水洗滌至中性；最后將產(chǎn)物透析一周，除去殘留的金屬離子；最終制得氧化石墨片水溶液；再將其進(jìn)行超聲處理，得到黃褐色的均一分散的單層氧化石墨片溶液；取上述均一分散的單層氧化石墨片溶液，按一定比例加入于一定量的還原劑水合肼溶液中，在95℃下攪拌15小時，經(jīng)還原反應(yīng)后，將所得產(chǎn)物過濾，即得到黑色固體單層石墨烯；b.石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備將上述所得的單層石墨烯為原料，將其與二水合乙酸鎘(Cd(CH3COO)2·2H2O)以1∶1的比例均勻分散于一定體積的二甲亞砜溶液中；單層石墨烯與二水合乙酸鎘的配合用量的摩爾比為1∶1；二甲亞砜溶液的用量以石墨烯的質(zhì)量為計(jì)算基準(zhǔn)，即每1毫克石墨烯需加入1毫升二甲亞砜溶液；在經(jīng)超聲處理一段時間后，將其轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在150～200℃下退火8～16小時，產(chǎn)物經(jīng)丙酮和乙醇反復(fù)多次洗洗后，干燥，即得石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于光電轉(zhuǎn)化的石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料的制備方法。屬于納米無機(jī)材料及能量化學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明方法的要點(diǎn)是取一定量的石墨粉，在強(qiáng)烈的氧化條件下將其氧化得到的氧化石墨，將其配制成一定濃度的單層氧化石墨片溶液，然后在水合肼還原劑溶液中，在95℃下攪拌15小時，得到還原產(chǎn)物，即為單層石墨烯黑色固體；將所述石墨烯固體與二水合乙酸鎘以摩爾比1∶1配合成混合物，分散于一定體積的二甲亞砜溶液中，并在超聲處理一段時間后，將其轉(zhuǎn)到反應(yīng)釜中，在150～200℃下退火8～16小時，產(chǎn)物經(jīng)丙酮和乙醇反復(fù)多次洗滌后即得到石墨烯/硫化鎘量子點(diǎn)復(fù)合材料。本發(fā)明所得產(chǎn)物可用作光電轉(zhuǎn)化材料，其能量轉(zhuǎn)化率較高。
文檔編號B82B3/00GK101559918SQ20091005033
公開日2009年10月21日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者振 劉, 劉元方, 吳明紅, 常艷麗, 曹傲能, 范承偉 申請人:上海大學(xué)