一種制備銀納米線-石墨烯復合氣凝膠的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于催化劑制備領域，具體涉及一種制備銀納米線-石墨烯復合氣凝膠的 方法。
【背景技術】
[0002] 石墨烯是Sp2雜化原子層的二維晶體，具有獨特的電學、機械、熱學以及較大的比 表面積、較低的制造成本等性質，近年來引起了科學研究人員的廣泛關注。石墨烯氣凝膠是 由石墨烯相互搭接而成的三維多空結構材料，除了具有傳統碳材料氣凝膠的一系列優異特 性外，其發達的空隙、超低的密度以及優異的導電特性賦予了石墨烯氣凝膠在能源、環保以 及催化等領域范闊的應用前景。在石墨烯氣凝膠的結構中，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 凝膠常被應用于能源存儲和轉化的器件中，還可作為超級電容器，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單、成本低、性能較為優異等特點。但是在還原過程中，石墨烯 很容易發生團聚，因此制備的過程中石墨烯片層之間嚴重堆積，會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，導電率并不理想。
[0003] 金屬納米結構也具有優異的光學、電化學及催化等性能，特別是其導電率是碳材 料的數十至上千倍。但是對于單純的金屬納米結構在強酸或者強堿等苛刻的環境下容易發 生團聚甚至溶解，直接影響其實際應用的范圍。
【發明內容】
[0004] 鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種催化劑，其為石墨烯 與銀納米線復合的催化劑，用于克服現有技術中催化劑在光學、電學催化中的催化效率地， 催化結果不理想的缺陷。
[0005] 為了達到上述發明目的及其他目的，本發明是通過以下技術方案實現的：
[0006] 本發明提供一種制備銀納米線-石墨烯復合氣凝膠的方法，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行混合制備成質量濃 度為0.5~1 Omg/mL的氧化石墨稀水溶液；
[0008] 2)將質量濃度為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行反應制備成水凝膠；
[0010] 4)對所述水凝膠進行清洗和干燥即制備獲得所述氣凝膠。
[0011] 優選地，制備成質量濃度為0.5~5mg/mL的氧化石墨稀水溶液。更優選地，制備成 質量濃度為2mg/mL的氧化石墨稀水溶液。
[0012] 優選地，步驟1)中混合時采用攪拌進行混合。所述攪拌方式可以為機械攪拌，也可 以采用超聲波振蕩器進行攪拌。
[0013]優選地，步驟2)中，所述銀納米線的寬度為20~80nm〇
[0014] 優選地，步驟2)中，所述銀納米線溶液濃度為10~20mg/mL。更優選地，所述銀納米 線溶液濃度為10mg/mL。
[0015] 優選地，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、對苯二酚和 乙二胺中的一種或多種。
[0018] 優選地，步驟3)中，所述還原劑的質量為所述氧化石墨稀水溶液質量的2~10倍。
[0019] 更優選地，步驟3)中，所述還原劑的質量為所述氧化石墨烯水溶液質量的6~9倍。 [0020]優選地，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 ] 優選地，步驟3)中，所述反應溫度為60~180°C。
[0022]更優選地，步驟3)中，所述反應溫度為60~90°C。
[0023] 優選地，步驟3)中，所述反應時間為0.15~100h。更優選地，步驟3)中，所述反應時 間為1.5~20h。更優選地，步驟3)中，所述反應時間為20h。
[0024] 反應結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] 優選地，步驟4)中，所述干燥為采用冷凍干燥或臨界干燥技術進行干燥。
[0026] 本發明還提供一種氣凝膠，由上述所述方法制備獲得。
[0027] 本發明還提供了如上述所述氣凝膠在光催化中降解有機污染物領域上的用途。
[0028] 本發明將石墨稀與銀納米線結合在一起，作為一維結構的銀納米線，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 聚得到了有效抑制，形成了從納米至毫米級別的多級孔道結構，石墨烯的導電率也同時增 加了上千倍，因此銀納米線/石墨烯復合氣凝膠結構可有效將銀納米線及石墨烯的物理化 學性質發揮到最大。此外，在制備的過程中，在石墨烯結構中負載了大量超高活性的銀納米 粒子，進一步增強了復合氣凝膠的催化活性。
[0029] 本發明所合成的銀納米線/石墨烯復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，制備過程簡單等優點。綜上所述，這些優點使得該復合氣凝膠 在光催化、電催化反、熱催化應中具有良好的活性，此外在超級電容器、傳感器等領域均擁 有巨大的應用前景。
【附圖說明】
[0030] 圖1為實施例1和2中制備的氣凝膠的光學照片，如圖所示，a為純石墨烯氣凝膠，b 為銀/石墨烯復合氣凝膠，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為實施例1中制備的石墨烯氣凝膠的SEM圖。
[0032]圖3為實施例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為實施例2中制備的氣凝膠的XRD圖。
[0035] 圖6為實施例1制備的石墨烯氣凝膠對亞甲基藍的降解能力的效果圖。在7個小時 內，石墨烯氣凝膠只能夠降解45%的亞甲基藍。
[0036] 圖7為實施例2制備的銀/石墨烯復合氣凝膠材料對亞甲基藍的降解能力的效果 圖。對于純石墨烯，銀/石墨烯復合氣凝膠在7個小時內可降解95 %的亞甲基藍。
【具體實施方式】
[0037]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離 本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0038] 實施例1
[0039]將200m g的氧化石墨烯溶解于100mL去離子水中，經過超聲波震蕩2h，制得質量濃 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，將混合液轉入封閉容器中，在90°C下保溫20h，制得石墨烯水凝膠。反應結 束后使用去離子水沖洗石墨烯水凝膠，調節pH至6.5，將上述產物放入-75°C冰箱中冷凍4h， 隨后將產物放入冷凍干燥機中干燥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] 實施例2
[00411將200m g的氧化石墨烯溶解于100mL去離子水中，經過超聲波震蕩2h，制得質量濃 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(質量濃度為l0mg/ml)，再加入90mg還原劑，混合均勾后，將混合液轉入封閉 容器中，在90°C下保溫20h，制得銀納米線/石墨烯水凝膠。反應結束后使用去離子水沖洗銀 納米線/石墨稀水凝膠，調節pH至6.5，將上述產物放入