一种石墨烯‑Au‑TiO制造技术

一种石墨烯‑Au‑TiO

A graphene Au TiO

A graphene Au TiO

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯-Au-TiO2多元复合纳米管材料的制备方法
本专利技术属于纳米材料制备方法，具体是指一种石墨烯-Au-TiO2多元复合纳米管材料的制备方法。
技术介绍
TiO2是一种重要的无机功能材料，因其具有活性高、稳定性好、无二次污染、对人体无害且价格便宜，在太阳能的储存与利用、光电转换、光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等领域有广阔的应用。自1991年由Iijima发现碳纳米管以来，吸引了人们对纳米管材料研究的极大兴趣。TiO2纳米管(TNTs)作为TiO2纳米材料的一种存在形式。管状结构的二氧化钛因其长径比以及纳米尺度的中空孔道，如果能在管中装入更小的无机、有机、金属或磁性纳米粒子组装成复合纳米材料，则TiO2纳米管的光电性能和催化活性将得到大大的改善。管径小于10nm的开口、中空TiO2纳米管还往往表现出显著的尺寸效应，以及纳米管比纳米膜具有更大的比表面积，因而具有较高的吸附能力，大大改善TiO2的光电、电磁及催化性能，进一步拓宽其在传感器、储氢材料、太阳能利用、光催化剂等领域应用。TiO2纳米管的制备方法，主要有水热法和阳极氧化法两种方法。操作简单、成本低廉的水热合成法是目前制备TiO2纳米管最普遍的方法之一。水热法是指在高温下将TiO2纳米颗粒与碱液(通常选用廉价的NaOH溶液)进行反应得到钛酸盐，再经过离子交换以及焙烧从而制备TiO2纳米管的方法。据现有的文献报道：采用温和的水热法制备TiO2纳米管的方法无外乎就是在高压釜内将TiO2纳米颗粒与NaOH的水溶液进行混合，恒温数天，洗涤并煅烧钛酸盐沉淀，最终制得TiO2纳米管。HongRuiPeng等采用锐钛矿相TiO2纳米粒子与NaOH水溶液在更高的水热处理温度(>190℃)下合成反应，经500℃高温煅烧一小时，制得管径5-15nm、长度可达几百纳米至几微米的束状结构TiO2纳米管。梁建等将一定浓度的NaOH水溶液50ml与市售的TiO2粉体颗粒按一定的比例混合搅拌后，得到的白色悬浊液装入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，将高压釜放入加热炉后，升温至130℃，进行为期2～3天的恒温水热处理。白色沉淀物用去离子水洗涤至中性，粉体在60℃烘干，即得到TiO2纳米管。Ming-dengWei等将市售试剂Na2CO3和锐钛矿TiO2以1：3的比例进行混合，于1000℃高温融熔2h，融块被置于30ml高压釜内并在140～170℃保温5～18天。再经过滤、洗涤以及60℃下干燥4h后得到TiO2纳米管产品。李静玲等使用碱熔-水热法，将AgNO3引入TiO2纳米管，制备了Ag-TiO2复合纳米管材料，并对其形貌和性能进行了研究。石墨烯(Graphene)因为只有一层原子(即二维)，电子的运动被限制在一个平面上，因此有着全新的电学属性。石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。由于其高导电性、高强度、超轻薄等特性，研制出薄、轻、拉伸性好和超强韧新型材料，在汽车、飞机和卫星制造以及新能源行业的开发应用，将发挥更重要的作用。在TiO2纳米管材料中增加石墨烯，对其复合材料的光学、电学性质以及光催化作用将产生较大的影响。目前为止，石墨烯掺杂TiO2纳米管复合材料的制备多见于高压反应釜水热法。为了进一步提高复合TNTs的结晶度，获取性能更为优异的TNTs，需要进行高温煅烧的操作。在这一操作环节中，如果不采取有效隔绝空气的加热措施，石墨烯将不可避免地生成碳的氧化物，这将给复合石墨烯-TNTs(GTNTs)的结构与性能产生较大影响。目前为止，尚未见采用隔绝空气的高温加热措施用于石墨烯-TNTs制备方法的报道。较为常见的制备方法是，为了避免碳氧化物生成，不再对石墨烯-TNTs进行高温煅烧操作，这将影响TNTs的结晶度，进而直接影响TNTs的性能。石墨烯-金-TNTs(Graphene-Au-TNTs，GATNTs)材料的制备现有技术的缺点：1、使用高压反应釜等加压的设备或者进行微波加热操作，在进行工业化生产过程中，必将增加设备的投入，提高生产成本。2、应用传统高压反应釜或者微波加热技术制备较长的纳米管，单位时间里所需较高的水热反应温度以及较长水热时间。3、常规的高压反应釜里或者微波加热进行水热反应中，复合纳米管的掺杂元素金参与纳米管的结晶程度不高，存在掺杂元素金容易脱落问题。4、目前文献报道石墨烯-TNTs复合材料的制备方法，多见于高压反应釜水热法等。为了进一步提高复合TNTs的结晶度，获取性能更为优异的TNTs，需要进行高温煅烧的操作。如果不采取有效隔绝空气的加热措施，石墨烯将不可避免地生成碳的氧化物，这将给复合石墨烯-TNTs的结构与性能产生较大影响。目前为止，尚未见采用隔绝空气的加热措施用于有关石墨烯-TNTs制备方法的报道。较为常见的制备方法是，为了避免碳氧化物生成，不再对石墨烯-TNTs进行高温煅烧操作，这将影响TNTs的结晶度，进而直接影响TNTs的性能。5、目前为止，使用专利编号ZL200910111090.0提出的制备工艺，只是制备了复合Ag-TiO2纳米管。专利技术人李静玲等尚有三项专利申请已经公开，分别为：一种常压下Au-TiO2纳米管制备技术，专利公开号为CN104689815A；一种常压下Pt-TiO2纳米管制备技术，专利公开号为CN104722294A。一种常压下Ag-Pt-TiO2纳米管制备技术，专利公开号为CN201610415206.X。上述四项专利说明书中，尚未见常压下GMTNTs材料制备工艺。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种石墨烯-Au-TiO2多元复合纳米管材料(GATNTs)的制备方法，该方法是采取隔绝空气、常压水热条件下制备GATNTs材料，成本低，制备的纳米管的长度大幅提高，所需时间短，制得的复合纳米管性质稳定，而且有效地提高该复合纳米材料的光催化特性。本专利技术是这样实现的：一种石墨烯-Au-TiO2多元复合纳米管材料(GATNTs)的制备方法，包括如下步骤：步骤一：混合原料制备：将市售的纳米颗粒TiO2与NaOH原料按质量比1：8的比例称取，倒入刚玉坩埚内；再分别称取质量百分比为0.01～10.0wt％的石墨烯粉末、金的化合物置于所述刚玉坩埚内，充分混匀，备用；其中所述金的化合物中的金属离子Au3+为0.01～5.0％；步骤二：高温熔融：在室温下，将上述装有混合原料的刚玉坩埚置于隔绝空气的真空高温炉内，关闭炉门；打开氩气流量阀门，通入氩气30～120min，以祛除炉体内的空气；以5℃/min的升温速度从室温升至400～500℃，熔融混合原料30min～60min；冷却高温炉至室温，取出刚玉坩埚，关闭氩气，原料形成含有石墨烯、金离子的钛酸盐混合碱熔熔块；步骤三：沸水提取：将上述混合钛酸盐碱熔熔块放入聚四氟乙烯塑料烧杯里，加入适量的沸腾蒸馏水溶解，蒸馏水加入量需保证溶液中NaOH的浓度不低于10mol/L，经该水热处理操作，混合钛酸盐碱熔熔块变成混合钛酸盐沉淀；步骤四：常压下水热处理：将装有混合钛酸盐沉淀聚四氟乙烯塑料烧杯盖上杯盖，置于干燥器内；上述干燥器置于110～130℃烘箱内保温2～5天进行水热反应；经水热处理后，混合钛酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯‑Au‑TiO

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-Au-TiO2多元复合纳米管材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：混合原料制备：将市售的纳米颗粒TiO2与NaOH原料按质量比1：8的比例称取，倒入刚玉坩埚内；再分别称取质量百分比为0.01～10.0wt％的石墨烯粉末、金的化合物置于所述刚玉坩埚内，充分混匀，备用；其中所述金的化合物中的金属离子Au3+为0.01～5.0％；步骤二：高温熔融：在室温下，将上述装有混合原料的刚玉坩埚置于隔绝空气的真空高温炉内，关闭炉门；打开氩气流量阀门，通入氩气30～120min，以祛除炉体内的空气；以5℃/min的升温速度从室温升至400～500℃，熔融混合原料30min～60min；冷却高温炉至室温，取出刚玉坩埚，关闭氩气，原料形成含有石墨烯、金离子的钛酸盐混合碱熔熔块；步骤三：沸水提取：将上述混合钛酸盐碱熔熔块放入聚四氟乙烯塑料烧杯里，加入适量的沸腾蒸馏水溶解，蒸馏水加入量需保证溶液中NaOH的浓度不低于10mol/L，经该水热处理操作，混合钛酸盐碱熔熔块变成混合钛酸盐沉淀；步骤四：常压下水热处理：将装有混合钛酸盐沉淀聚四氟乙烯塑料烧杯盖上杯盖，置于干燥器内；上述干燥器置于110～130...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静玲，陈友根，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建,35