一種高度均勻分散硫化鋅石墨烯復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于納米復合材料的制備，具體涉及一種高度均勻分散的硫化鋅/石墨烯復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]硫化鋅是一種重要的寬禁帶半導體材料(在300 K下的禁帶寬度為3.6 eV)，被廣泛應用在紫外發光二極管、傳感器、太陽能電池、電致發光設備等領域。石墨烯是一種二維蜂窩狀點陣結構，僅有一個碳原子層的厚度，且具有非常高的力學強度、高的比表面積(2630 m2/g)、導電(16 S/cm)、導熱(5300 W/mK)和化學穩定性等性能。石墨烯這些優異的性能使其在很多領域有著潛在的應用價值，如光催化、吸附材料、鋰離子電池、超級電容器等方面。特別是在光催化領域，硫化鋅納米晶體能夠通過光致激發作用能夠快速產生電子-空穴對，具有優異的光催化性能。然而，光致電子和空穴的快速復合限制了它的光催化效率。石墨烯具有優異的電子傳輸特性，可以作為二維網絡結構的電子收集者和運輸者接收和輸送半導體產生的光致電子，大大減少電子-空穴對的復合幾率，從而提高復合材料的光催化活性。將硫化鋅納米材料與石墨烯復合能夠充分發揮二者的優異特性。
[0003]其中，保證硫化鋅納米粒子的有效分散是發揮其光催化性能的重要因素。目前，較多的文獻是通過兩步法制備硫化鋅/石墨烯復合材料。例如，在青島科技大學學報(自然科學版)，2014第35卷第2期中，耿延玲等人將醋酸鋅和硫脲溶于無水乙醇中，通過180 °〇水熱反應12 h后得到硫化鋅白色沉淀，洗滌干燥后得到淡黃色硫化鋅粉末。然后將氧化石墨烯溶于無水乙醇和蒸餾水的混合液中，向其中加入硫化鋅粉末，混合均勻后，將其轉移至高壓水熱反應釜中，120 °C下反應3 h，經過過濾、洗滌、干燥得到硫化鋅/石墨烯粉末。但是該種方法過程復雜，所需原料種類繁多，影響因素多，不適合擴大化生產。因此，發明一種簡單易行的方法制備高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復合材料備受關注，在保證石墨烯片層間不團聚的前提下，使硫化鋅納米顆粒能夠均勻分散在石墨烯片層上。
【發明內容】
[0004]為克服現有技術的不足，本發明提供了一種簡單一步溶劑熱法制備高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復合材料的方法，硫化鋅顆粒粒徑為50?100 nm。
[0005]一種高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟為:
Cl)首先量取二甲亞砜，稱取氧化石墨烯粉末加入到上述溶劑中，其中，氧化石墨烯在溶劑中的濃度為0.2?1.0 mg/mL ;超聲2小時，使其混合均勻；
(2)向步驟(I)得到的溶液中加入鋅源和表面活性劑，它們在溶劑中的濃度分別為1.25?2.5 mg/mL和0.125?0.425 mg/mL,攬拌I小時至完全溶解；
(3)將步驟(I)得到的轉移至聚四氟乙烯內襯反應釜中，在180?250°C下溶劑熱反應12?20小時； (4)用丙酮和酒精清洗樣品，干燥得到高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復合材料。
[0006]所述溶劑為二甲亞砜，二甲亞砜不僅作為反應溶劑，而且作為硫源，與鋅源反應生成硫化鋅。
[0007]所述的鋅源為醋酸鋅水合物、草酸鋅、檸檬酸鋅中的一種。
[0008]所述的表面活性劑為十_■燒基苯橫酸納、十TK燒基苯橫酸納、十_■燒基二甲基漠化銨中的一種。
[0009]采用本發明所述的制備硫化鋅/石墨烯復合材料的方法具有以下優勢:Ca)合成方法簡單，可重復性強，經過石墨烯的分散和承載作用，同時結合表面活性劑的分散作用，可以使硫化鋅納米粒子均勻分散于石墨烯上，硫化鋅納米顆粒粒徑為50?100 nm ； (b)在硫化鋅納米粒子和表面活性劑的作用下，石墨烯片層之間易團聚的問題也被克服，成功合成出了硫化鋅/石墨烯復合材料；(c) 二甲亞砜不僅作為反應溶劑，而且作為硫源，是制備硫化鋅的原料。
【附圖說明】
[0010]圖1是實施例一中的硫化鋅/石墨烯復合物的EDS圖。
[0011]圖2是實施例二中的硫化鋅/石墨烯復合物的掃描電鏡圖。
[0012]圖3是實施例四中的硫化鋅/石墨烯復合物的光催化性能圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例一:
取0.016 g氧化石墨烯,加入到80 mL 二甲亞砜中，超聲混合2 h,然后加入0.16 g醋酸鋅和12 mg十二烷基苯磺酸鈉，移入100 mL的聚四氟乙烯內襯反應釜中，在180 °C下溶劑熱反應12 h，用丙酮和酒精清洗反應產物，干燥得到最終產品。如圖1所示，合成的復合材料中含有C、Zn、S元素。
[0014]實施例二:
取0.04 g氧化石墨烯,加入到80 mL 二甲亞砜中，超聲混合2 h,然后加入0.1 g草酸鋅和10 mg的十六燒基苯磺酸鈉,攪拌混合均勻,將溶液移入100 mL的聚四氟乙烯內襯反應釜中，在180 °C下溶劑熱反應20 h，用丙酮和酒精清洗反應產物，干燥得到最終產品。圖2為該復合材料的SM圖，從圖中可以看出，硫化鋅均勻的分布在石墨烯表面，顆粒大小在100 nm左右。
[0015]實施例三:
取0.2 g氧化石墨烯，加入200 mL 二甲亞砜，超聲混合2 h，然后加入0.5 g醋酸鋅和85 mg的十二烷基三甲基溴化銨，攪拌混合均勻，然后移入250 mL的聚四氟乙烯內襯反應釜中，在200 °C下溶劑熱反應12 h，用丙酮和酒精清洗反應產物，干燥得到最終產品。
[0016]實施例四:
取0.3 g氧化石墨烯,加入至400 mL 二甲亞砜中，超聲混合2 h,然后加入1.0 g朽1檬酸鋅和170mg十二烷基三甲基溴化銨，移入500 mL的聚四氟乙烯內襯反應釜中，在250 V下溶劑熱反應12 h，用丙酮和酒精清洗反應產物，干燥得到最終產品。
[0017]實施例五: 取0.5 g氧化石墨烯,加入800 mL 二甲亞砜,超聲混合2 h,然后加入1.6 g朽1檬酸鋅和100 mg的十二烷基三甲基溴化銨，然后移入1000 mL的聚四氟乙烯內襯反應釜中，在200°C下溶劑熱反應20 h，用丙酮和酒精清洗反應產物，干燥得到最終產品。
【主權項】
1.一種高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: (1)首先量取二甲亞砜，稱取氧化石墨烯粉末加入到上述溶劑中，其中，氧化石墨烯在溶劑中的濃度為0.2?1.0 mg/mL ;超聲2小時，使其混合均勻； (2)向步驟(I)得到的溶液中加入鋅源和表面活性劑，它們在溶劑中的濃度分別為1.25?2.5 mg/mL和0.125?0.425 mg/mL,攬拌I小時至完全溶解； (3)將步驟(I)得到的轉移至聚四氟乙烯內襯反應釜中，在180?250°C下溶劑熱反應12?20小時； (4)用丙酮和酒精清洗樣品，干燥得到高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復合材料。
2.根據權利要求1所述的一種高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，所述溶劑為二甲亞砜，二甲亞砜不僅作為反應溶劑，而且作為硫源，與鋅源反應生成硫化鋅。
3.根據權利要求1所述的一種高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，所述的鋅源為醋酸鋅水合物、草酸鋅、檸檬酸鋅中的一種。
4.根據權利要求1所述的一種高度均勻分散硫化鋅/石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，所述的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、十二烷基三甲基溴化銨中的一種。
【專利摘要】本發明公開了一種高分散的硫化鋅/石墨烯復合材料的制備方法。首先將氧化石墨烯加入到二甲亞砜溶劑中，超聲分散，然后加入鋅源和適量表面活性劑，攪拌至完全溶解后，轉移至聚四氟乙烯內襯反應釜中，在適當溫度下溶劑熱反應12-20 h，用丙酮和乙醇將樣品清洗干凈，干燥得到最終產品。本發明采用簡單的一步溶劑熱合成法，成本低廉，具有很好的重復性，能夠使硫化鋅納米顆粒高度均勻的分布在石墨烯上，合成的復合材料可廣泛應用于光催化、太陽能電池、染料吸附等領域。
【IPC分類】B01J27-04
【公開號】CN104525223
【申請號】CN201510002123
【發明人】何丹農, 韓嘵芳, 張春明, 張現, 王巖巖, 陳超, 高林
【申請人】上海納旭實業有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月5日