一種負載金納米粒子的石墨烯氣凝膠及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及無機納米復合材料合成技術領域，尤其設及一種負載金納米粒子的石 墨締氣凝膠及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 石墨締是由單層SP2雜化碳原子組成的呈六角型蜂巢晶格的二維平面薄膜，具有 極高的比表面積，優異的機械性能和良好的導電、導熱性。近年來，石墨締引起了國內外科 研學者的廣泛關注，在電子器件、生物材料、能量儲存和催化等方向具有廣闊的應用前景。 貴金屬（Au、Ag、Pt和Pd等）納米粒子是活性非常高的貴金屬催化劑，其在催化氧化還原反 應和CO氧化方面同樣具有廣闊應用前景。
[0003] 目前，貴金屬納米粒子的制備方法主要有電化學還原法、福射還原法、微乳液法W 及聲化學還原法等。其中化學還原法和微乳液法制備金屬納米粒子需要加入一些乳化劑或 穩定劑，運些試劑的加入會影響金屬納米粒子表面的活性進而影響其性能。近年來，大量研 究發現將金屬納米粒子與還原的氧化石墨締（rGO)復合不僅可W穩定和分散金屬納米粒 子，而且可W提高金屬納米粒子產生的電子的遷移能力，進而提升其催化氧化還原能力。
[0004] 石墨締上負載金屬納米粒子的方法主要有化學法和高能射線還原法。其中，化學 法是通過rGO本身具有的弱還原性將金屬離子原位還原成金屬納米粒子且能穩定分散在 rGO表面；而高能射線（紫外光和丫射線等）還原法則是利用高能射線照射水溶液所產生 的還原性粒種同時還原氧化石墨締和金屬離子，一步獲得負載金屬納米粒子的rGO薄片。 但金屬納米粒子負載的rGO薄片通過-31共輛作用容易層層疊加，使得比表面積顯著降 低，實際性能下降。 陽0化]近些年來，大量研究工作發現將石墨締片層組裝成=維宏觀材料能有效解決石墨 締片層的團聚問題。石墨締氣凝膠是最具代表性的=維石墨締材料，其具有高比表面積、良 好的電子傳導能力和機械穩定性，也可用作分散和穩定金屬納米粒子的載體。運種負載金 屬納米粒子的石墨締氣凝膠不僅可W保持金屬納米粒子和石墨締氣凝膠本身的性能，而且 通過兩者的某些協同作用進一步提升金屬納米粒子的催化性能。
[0006] 負載金屬納米粒子的石墨締氣凝膠的制備方法主要有水熱一步法，即在高溫 下，葡萄糖等還原劑將溶解在GO分散液中金屬離子還原，得到的負載金屬納米粒子的 石墨締水凝膠，再通過冷凍干燥即可得到其氣凝膠化Wang,etal. ,Angew.化em.Int. Ed. 2010. 49. 4603.);也可W將預先制備的金屬納米粒子與GO水溶液混合后，再經過 水熱處理和凍干，得到負載金屬納米粒子的石墨締氣凝膠（S.S.Xie,etal.，Adv,Mat er. 2014, 26, 3681-3687.)。由于水熱法是在高溫高壓條件下進行，反應條件比較苛刻，因而 有必要開發條件溫和，綠色經濟的負載金屬納米粒子的石墨締氣凝膠的制備方法。
【發明內容】
[0007] 本發明解決的技術問題在于提供一種負載金納米粒子的石墨締氣凝膠的制備方 法，本申請的制備方法條件溫和。
[0008] 有鑒于此，本申請提供了一種負載金納米粒子的石墨締氣凝膠的制備方法，包括 W下步驟：
[0009] 將氧化石墨締、水、異丙醇與金源混合，得到分散液；
[0010] 將所述分散液進行福照，得到負載金納米粒子的石墨締水凝膠；
[0011] 將所述石墨締水凝膠進行冷凍干燥，得到負載金納米粒子的石墨締氣凝膠。
[0012] 優選的，所述金源為HA11CI4。
[0013] 優選的，所述分散液的制備過程具體為：
[0014] 將氧化石墨締分散于水與異丙醇的混合液中，再加入金源，然后調節pH至3W下。
[0015] 優選的，所述福照的放射源為6°Co丫放射源。
[0016] 優選的，所述分散液中氧化石墨締的濃度為0. 1~5mg/mL。
[0017] 優選的，所述福照的劑量率為0. 2~7kGy/h，吸收劑量大于20kGy。
[0018] 優選的，所述異丙醇與水的體積比為1: (8~10)。
[0019] 優選的，所述福照之前還包括：
[0020] 在所述分散液中通入氮氣。
[0021] 本申請還提供了上述方案所述的制備方法制備的負載金納米粒子的石墨締氣凝 膠。
[0022] 優選的，所述石墨締氣凝膠的密度為3~10mg/cm3,金納米粒子粒徑為5~20nm。
[0023] 本發明提供了一種制備負載金納米粒子的石墨締氣凝膠的方法，包括W下步驟： 將氧化石墨締、水、異丙醇與金源混合，得到分散液；將所述分散液進行福照，得到負載金納 米粒子的石墨締水凝膠；將所述石墨締水凝膠進行冷凍干燥，得到負載金納米粒子的石墨 締氣凝膠。本申請的制備方法是利用高能射線在室溫下福照含有金納米粒子前驅體的GO 水-異丙醇分散液，一步得到了負載金納米粒子的石墨締水凝膠，然后經冷凍干燥除水即 形成負載金納米粒子的石墨締氣凝膠。本發明的制備方法具有條件溫和，易于操作，且環境 友好的特點。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明實施例1制備的負載Au納米粒子的石墨締水凝膠外觀照片；
[00巧]圖2為本發明實施例1制備的負載Au納米粒子的石墨締氣凝膠的外觀照片；
[0026] 圖3為本發明實施例1制備的負載Au納米粒子的石墨締氣凝膠的低倍SEM照片；
[0027] 圖4為本發明實施例1制備的負載Au納米粒子的石墨締氣凝膠的高倍SEM照片；
[0028] 圖5為本發明實施例1制備的負載Au納米粒子的石墨締氣凝膠的TEM圖；
[0029] 圖6為本發明實施例1制備的負載Au納米粒子的石墨締氣凝膠的拉曼光譜圖
[0030] 圖7為本發明實施例2制備的負載Au納米粒子的石墨締氣凝膠的外觀照片； [003U圖8為本發明實施例2制備的負載Au納米粒子的石墨締氣凝膠的低倍SEM照片；
[0032] 圖9為本發明實施例2制備的負載Au納米粒子的石墨締氣凝膠的高倍SEM照片；
[0033] 圖10為本發明實施例3制備的負載Au納米粒子的石墨締氣凝膠的外觀照片。
【具體實施方式】
[0034] 為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是 應當理解，運些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的 限制。
[0035] 本發明實施例公開了一種負載金納米粒子的石墨締氣凝膠的制備方法，包括W下 步驟：
[0036] 將氧化石墨締、水、異丙醇與金源混合，得到分散液；
[0037] 將所述分散液進行福照，得到負載金納米粒子的石墨締水凝膠；
[0038] 將所述石墨締水凝膠進行冷凍干燥，得到負載金納米粒子的石墨締氣凝膠。
[0039] 本申請提供了一種負載金納米粒子的石墨締氣凝膠的制備方法，即采用高能射線 在室溫下福照含有金納米粒子前軀體的石墨締水-異丙醇分散液，直接一步得到了負載金 納米粒子的石墨締水凝膠，而后經冷凍干燥形成了石墨締氣凝膠，本發明提供的制備方法 條件溫和，易于操作，且環境友好的特點。
[0040] 按照本發明，本申請首先進行了原料的混合，即將氧化石墨締、水、異丙醇與金源 混合，得到氧化石墨締的分散液。在此過程中，所述氧化石墨締只有在異丙醇/水溶液中分 散，才能得到氧化石墨締水凝膠；在實驗過程中，如果分別采用甲醇、乙醇、丙醇、下醇、乙二 醇和叔下醇等替換異丙醇，則試驗結果為：前四種醇/水體系中，只能得到顆粒狀沉淀；后 兩種醇/水體系中則觀察不到任何變化；而只有異丙醇/水體系中能夠確定形成柱狀的水 凝膠，且重復性好。本申請中所述異丙醇與水的體積比優選為1 : (8~10)，在實施例中，所 述異丙醇與水的比例最優選為1:9. 5。本申請所述金源優選為HAuCIa溶液。所述分散液中 氧化石墨締的濃度優選為0. 1~5mg/mL。本申請所述氧化石墨締的制備方法為本領域技術 人員熟知的制備方法，此處不再進行詳細說明。為了使分散液中的氧化石墨締能夠充分分 散并組裝成水凝膠，所述分散液的制備方法具體為：
[0041] 將氧化石墨締分散于水與異丙醇的混合液中，再加入金源，然后調節pH至3W下。
[0042] 上述過程中，分散液的抑值主要影響氧化石墨締的分散性，隨著抑值的增大，氧 化石墨締分散更穩定，不利于形成凝膠。
[0043] 本申請然后將氧化石墨締的分散液采用放射源進行福照，得到負載金納米粒子的 石墨締水凝膠。在高能射線福照下，水分解產生冊?、H?和水合電子等活性粒種，而異丙 醇能迅速捕獲氧化性的冊?自由基，使體系保持還原性氣氛，實現金粒子和氧化石墨締的 還原，如下述反應式所示。所述放射源優選為6°Co丫放射源，所述放射