專利名稱：一種氣相還原法制備石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料的方法，尤其涉及一種氣相還原法制備石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
在近20年中，碳元素 引起了世界各國研究人員的極大興趣。自富勒烯和碳納米管被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)以后，三維的金剛石、二維的石墨、一維的碳納米管、零維的富勒烯球組成了完整的碳系家族。其中石墨以其特殊的片層結(jié)構(gòu)一直以來是研究的一個(gè)熱點(diǎn)。石墨本體并非是真正意義的二維材料，單層石墨碳原子層(Graphene)才是準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)的碳材料。單層石墨碳原子層是指一個(gè)C原子層厚度的石墨，C-C間依靠共價(jià)鍵相連接的蜂窩狀結(jié)構(gòu)層。人們一直在試圖找到一種方法來制備出碳兀素的準(zhǔn)二維材料。同時(shí)石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行為。其霍爾電導(dǎo)等于2e2/h，6e2/h，IOe2A等，可以在室溫下觀測(cè)到。這個(gè)行為已被科學(xué)家解釋為電子在石墨烯里的有效質(zhì)量為零，這和光子的行為極為相似；不管石墨烯中的電子帶有多大的能量，電子的運(yùn)動(dòng)速率都約是光子運(yùn)動(dòng)速率的三百分之一，其為106m/s。石墨烯的室溫量子霍爾效應(yīng)，無質(zhì)量狄拉克費(fèi)米子型載流子，高達(dá)200000cm2/V · s的遷移率。二氧化鈦是一種重要的無機(jī)材料制備原料，其顆粒尺寸為I-IOOnm之間，納米二氧化鈦由于其自身尺度達(dá)到納米級(jí)別，所以產(chǎn)生了許多納米材料所共有的特別性質(zhì)，如匕表面積大和表面能高等特點(diǎn)。宏觀上面表現(xiàn)出特殊的光學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。納米二氧化鈦因?yàn)樽陨淼奶厥庑再|(zhì)在制造新一代太陽能電池，包括染料敏化太陽能電池和量子點(diǎn)太陽能電池中扮演了重要角色。目前，很少有方法將石墨烯和二氧化鈦制成均勻的復(fù)合成漿料(參見XuDu, IvanSkachko, Fabian Duerr, Adina Luicanl & Eva Y. Andrei, Nature 462,192(2009))。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氣相還原法制備石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料的方法，利用氧化石墨烯在極性或者非極性溶液中都有良好的分散性的特點(diǎn)，將氧化石墨烯復(fù)合進(jìn)二氧化鈦漿料中，再絲網(wǎng)印刷在基板上，通過氣相還原法將復(fù)合在二氧化鈦中的氧化石墨烯直接還原成石墨烯，得到導(dǎo)電性能良好的石墨烯復(fù)合二氧化鈦的材料。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種氣相還原法制備石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料的方法，其具體步驟如下( I)酸化處理二氧化鈦粉末中加入酸溶液進(jìn)行酸化處理；(2)配制漿料配制氧化石墨烯的水溶液，加入步驟(I)中經(jīng)酸化處理后的二氧化鈦溶液中，然后攪拌，再加入有機(jī)溶劑，再攪拌；得到漿料；(3)固化漿料在步驟(2)配制的漿料加入固化劑后，然后攪拌，再加入高分子聚合物，攪拌；
(4)濃縮漿料將步驟(3)固化的漿料經(jīng)過蒸餾處理制得濃縮的氧化石墨烯和二氧化鈦的復(fù)合漿料；(5)氣相還原將步驟(4)制得的復(fù)合漿料絲網(wǎng)印刷在基板上，在還原性氣體中，加熱還原，最終得到石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。優(yōu)選步驟(I)中所述的酸液為硝酸、甲酸或乙酸中的一種或幾種混合物；其中硝酸的質(zhì)量濃度為10% — 90%，甲酸和乙酸的質(zhì)量濃度均為10% — 30%;酸液的加入量為控制二氧化鈦粉末質(zhì)量和酸液質(zhì)量比為(1-100) : (1-100) ;二氧化鈦粉末平均粒徑為lnm-100μ m。優(yōu)選步驟(2)中氧化石墨烯水溶液的濃度為O. lg/L-100g/L ;氧化石墨烯水溶液的加入量為控制二氧化鈦粉末質(zhì)量和氧化石墨烯質(zhì)量比為(1-100) :(1-100);有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、異丙醇、丙醇或正丙醇中的一種或幾種；有機(jī)溶劑的加入量為控制二氧化鈦粉末質(zhì)量和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(1-100) (1-100)。
優(yōu)選步驟(3)中所述的固化劑為聚乙二醇(更優(yōu)選為聚合度為2000和聚合度為20000聚乙二醇)、松油醇、烷基酚聚氧乙烯醚(簡(jiǎn)稱0P-10乳化劑)、乙酰丙酮和對(duì)異辛基苯基醚(簡(jiǎn)稱曲拉通X-100)中的一種或幾種；固化劑的加入量為控制二氧化鈦質(zhì)量和固化劑質(zhì)量之比為(1-100) (1-100);所述的高分子聚合物為甲基纖維素、乙基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素和纖維素粉中一種或幾種；高分子聚合物的加入量為控制二氧化鈦粉末質(zhì)量和高分子聚合物質(zhì)量比為(1-100) (1-100)。優(yōu)選步驟(4)中濃縮后的復(fù)合漿料中二氧化鈦濃度為lg/L-100g/L，氧化石墨烯濃度為lg/L-100g/L ;蒸餾處理的溫度為30°C -90°C。優(yōu)選步驟(5)中所述的還原性氣體為氫氣或者是氫氣和氬氣的混合氣，其中混合氣中氫氣和氬氣的體積之比為(20-80) :(20-80);加熱還原的溫度為300°C -600°C;還原時(shí)間為2小時(shí)-24小時(shí)。有益效果本發(fā)明得到的氣相還原后的石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料性能優(yōu)良，氧化石墨烯經(jīng)氣體還原為石墨烯，增大了薄膜材料孔隙率，更有利于敏化劑的附著；石墨烯在二氧化鈦膜中分散均勻，材料本身的導(dǎo)電性得到很大的提升，為未來制作染料敏化太陽能電池和量子點(diǎn)太陽能電池提供了性能良好的電極材料。本方法復(fù)合材料的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I :為經(jīng)過實(shí)施例I所制備的材料，即由氧化石墨烯和二氧化鈦復(fù)合的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，再氣相還原得到的材料結(jié)構(gòu)斷面SEM圖；圖2 :為經(jīng)過實(shí)施例2所制備的材料，由氧化石墨烯和二氧化鈦復(fù)合的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，再氣相還原得到的材料斷面結(jié)構(gòu)SEM圖；圖3 :為經(jīng)過實(shí)施例3所制備的材料，由氧化石墨烯和二氧化鈦復(fù)合的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，再氣相還原得到的材料斷面結(jié)構(gòu)SEM圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例II)酸化處理二氧化鈦粉末進(jìn)行預(yù)處理，采用酸溶液為質(zhì)量濃度為10%的硝酸，酸溶液質(zhì)量為6g，逐滴加到6g 二氧化鈦粉末中，二氧化鈦平均粒徑為lnm。(2)配制漿料配制濃度為O. lg/L的氧化石墨烯溶液，逐滴加入步驟(I)中的二氧化鈦漿料中，氧化石墨烯溶液加入到60L后，再逐滴加入6g的甲醇有機(jī)溶劑，攪拌。(3)固化漿料向步驟(2)中的漿料中加入固化劑聚乙二醇(聚合度為2000)和對(duì)異辛基苯基醚(簡(jiǎn)稱拉通X-100)，加入量分別為3g和3g，然后攪拌。再加入6g高分子聚合物，高分子聚合物為甲基纖維素，攪拌。(4)濃縮漿料將步驟(3)所得到的漿料在80°C下蒸餾得到石墨烯復(fù)合的二氧化鈦漿料，二氧化鈦濃度為lg/L，氧化石墨烯濃度為lg/L。(5)氣相還原將步驟(4)得到的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，然后在氫氣氣氛 中還原，加熱溫度為600°C，時(shí)間2h，制得石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。本實(shí)施例所制備的材料結(jié)構(gòu)斷面SEM圖如圖I所示，從圖上可以看出石墨烯復(fù)合的二氧化鈦材料，成分均勻單一，表面經(jīng)過氣體還原，材料表面無斷裂存在，薄膜材料孔隙率大有利于敏化劑的附著，提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率。電阻率測(cè)試結(jié)果電阻率5. 352Χ1(Γ8Ω · m。實(shí)施例2I)酸化處理用酸溶液質(zhì)量濃度為90%的硝酸，酸溶液質(zhì)量為100g，逐滴加入Ig的二氧化鈦粉末中，二氧化鈦平均粒徑為100 μ m。(2)配制漿料配制氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯溶液的濃度為100g/L，加到步驟
(I)中的二氧化鈦粉末中，加入到IL后，加入有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑為甲醇和異丙醇，有機(jī)溶液的加入量各自為50g和50g，然后攪拌。(3)固化漿料將步驟(2)中的容器中加入固化劑聚乙二醇(聚合度為20000)和烷基酚聚氧乙烯醚(簡(jiǎn)稱0P-10乳化劑)，加入量為50g和50g后，然后攪拌，再加入高分子聚合物，高分子聚合物為為甲基纖維素和羥丙基纖維素，各自的質(zhì)量為分別為60g和40g，然后攪拌。(4)濃縮漿料將步驟(3)所得到的漿料經(jīng)過90°C蒸餾后得到石墨烯復(fù)合的二氧化鈦漿料，二氧化鈦濃度為lg/L，氧化石墨烯濃度為100g/L。(5)氣相還原將步驟(4)得到的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，然后在氫氣和氬氣氣氛中還原，體積比例為20:80，加熱溫度為323°C，時(shí)間18h，制得石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。本實(shí)施例所制備的材料結(jié)構(gòu)斷面SEM圖如圖2所示，從圖上可以看出石墨烯復(fù)合的二氧化鈦材料，成分均勻單一，表面經(jīng)過氣體還原，材料表面無斷裂存在，薄膜材料孔隙率大有利于敏化劑的附著，提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率；電阻率測(cè)試結(jié)果電阻率4. 28Χ10_8Ω · m。實(shí)施例3(I)酸化處理用酸溶液質(zhì)量濃度為65%的硝酸溶液質(zhì)量為IOOg逐滴加入到IOOg的二氧化鈦粉末中，二氧化鈦平均粒徑為 ο μ m。(2)配制漿料配制濃度為lg/L的氧化石墨烯溶液，逐滴加入步驟(I)中的二氧化鈦粉末中，加入到IL后，再逐滴加入22g的甲醇和72g乙醇作為有機(jī)溶劑，然后攪拌。(3)固化漿料將步驟(2)中的容器中加入固化劑松油醇和烷基酚聚氧乙烯醚(簡(jiǎn)稱0P-10乳化劑)，加入量分別為500g和500g，然后攪拌，加入高分子聚合物，高分子聚合物為甲基纖維素和乙基纖維素，各自的質(zhì)量為500g和500g，攪拌。(4)濃縮漿料將步驟(3)所得到的漿料經(jīng)過30°C蒸餾得到石墨烯復(fù)合的二氧化鈦漿料，漿料中二氧化鈦濃度為100g/L，氧化石墨烯濃度為lg/L。(5)氣相還原將步驟(4)得到的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，然后在氫氣和氬氣氣氛中還原，體積比例為80:20，加熱溫度為523°C，時(shí)間18h，制得石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。本實(shí)施例所制備的材料結(jié)構(gòu)斷面SEM圖如圖3所示，從圖上可以看出石墨烯復(fù)合的二氧化鈦材料，成分均勻單一，表面經(jīng)過氣體還原，材料表面無斷裂存在，薄膜材料孔隙率大有利于敏化劑的附著，提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率；電阻率測(cè)試結(jié)果電阻率·7. 78Χ10_8Ω · m。實(shí)施例4(I)酸化處理用酸溶液質(zhì)量濃度為10%的乙酸溶液質(zhì)量為100g，逐滴加入Ig的二氧化鈦粉末中，二氧化鈦平均粒徑為10 μ m。(2)配制漿料配制濃度ΙΟ/g/L的氧化石墨烯溶液，逐滴加入步驟(I)中的二氧化鈦粉末中，攪拌。加入到2L后，再逐滴加入20g的甲醇和80g正丙醇作為有機(jī)溶劑，攪拌。(3)固化漿料將步驟(2)中的容器中加入固化劑松油醇和烷基酚聚氧乙烯醚(簡(jiǎn)稱0P-10乳化劑)，聚乙二醇(聚合度為20000)加入量為20g，35g，2g，然后攪拌，再加入高分子聚合物，高分子聚合物為羥甲基纖維素和乙基纖維素，各自的質(zhì)量為20g和70g，然后攪拌。(4)濃縮漿料將步驟(3)所得到的漿料經(jīng)過63°C蒸餾得到石墨烯復(fù)合的二氧化鈦漿料，漿料中二氧化鈦濃度為lg/L，氧化石墨烯濃度為20g/L。(5)氣相還原將步驟(4)得到的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，然后在氫氣和氬氣氣氛中還原，體積比例為20:20，加熱溫度為323°C，時(shí)間12h，制得石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。本實(shí)施例所制備的石墨烯復(fù)合的二氧化鈦材料，成分均勻單一，表面經(jīng)過氣體還原，材料表面無斷裂存在，電阻率測(cè)試結(jié)果電阻率5. 98Χ10_8Ω · m實(shí)施例5(I)酸化處理用酸溶液的質(zhì)量濃度為30%的乙酸，酸溶液質(zhì)量為lg，逐滴加入Ig的二氧化鈦粉末中，二氧化鈦平均粒徑為168nm。(2)配制漿料配制濃度為30g/L的氧化石墨烯溶液，逐滴加入步驟(I)中的二氧化鈦粉末中，加入到2L后，再逐滴加入53g的乙醇和32g異丙醇作為有機(jī)溶劑，然后攪拌。(3)固化漿料將步驟(2)中的容器中加入固化劑松油醇和固化劑為聚乙二醇(聚合度為2000)，聚乙二醇(聚合度為20000)加入量為20g，53g，3g后，然后攪拌，加入高分子聚合物，高分子聚合物為羥甲基纖維素、乙基纖維素和纖維素粉各自的質(zhì)量為20g，30g, 25g然后攪拌。(4)濃縮漿料將步驟(3)所得到的漿料經(jīng)過68°C蒸餾得到石墨烯復(fù)合的二氧化鈦漿料，二氧化鈦濃度為lg/L，氧化石墨烯濃度為60g/L。
(5)氣相還原將步驟(4)得到的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，然后在氫氣和氬氣氣氛中還原，體積比例為60:80，加熱溫度為513°C，時(shí)間8h，制得石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。本實(shí)施例所制備的石墨烯復(fù)合的二氧化鈦材料，成分均勻單一，表面經(jīng)過氣體還原，材料表面無斷裂存在，電阻率測(cè)試結(jié)果電阻率4. 71Χ10_8Ω · m。實(shí)施例6(I)酸化處理用酸溶液質(zhì)量濃度為17%的甲酸和溶液質(zhì)量濃度為30%的乙酸，酸溶液質(zhì)量各自為O. 5g和O. 5g，逐滴加入IOOg的二氧化鈦粉末中，二氧化鈦平均粒徑為88nm。(2)配制漿料配制質(zhì)量濃度為50g/L的氧化石墨烯溶液中滴加入步驟(I)中的二氧化鈦粉末中，攪拌，加入到IL后，再逐滴加入Ig異丙醇作為有機(jī)溶劑，然后攪拌。 (3)固化漿料將步驟(2)中的容器中固化劑松油醇、聚乙二醇(聚合度為2000)，聚乙二醇(聚合度為20000)和乙酰丙酮加入量為O. 3g，O. 3g，O. 4g后，然后攪拌，再加入高分子聚合物，高分子聚合物為羥甲基纖維素和羥乙基纖維素，纖維素粉加入的質(zhì)量為O. 4g，
O.3g,0. 3g，然后攪拌。(4)濃縮漿料將步驟(3)所得到的漿料經(jīng)過66°C蒸餾得到石墨烯復(fù)合的二氧化鈦漿料，二氧化鈦濃度為100g/L，氧化石墨烯濃度50g/L。(5)氣相還原將步驟(4)得到的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，然后在氫氣和氬氣氣氛中還原，體積比例為50:50，加熱溫度為543°C，時(shí)間18h，制得石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。本實(shí)施例所制備的石墨烯復(fù)合的二氧化鈦材料，成分均勻單一，表面經(jīng)過氣體還原，材料表面無斷裂存在，電阻率測(cè)試結(jié)果電阻率4. 38Χ10_8Ω · m。實(shí)施例7(I)酸化處理用酸溶液質(zhì)量濃度為10%的甲酸和質(zhì)量濃度為30%的乙酸，酸酸溶液質(zhì)量各自為31g和35g。逐滴加入50g的，平均粒徑為23nm的二氧化鈦粉末。(2)配制漿料配制濃度為100g/L的氧化石墨烯溶液，逐滴加入步驟(I)中的二氧化鈦粉末中，攪拌，加入到IL后，再逐滴加入310g的乙醇和28g異丙醇作為有機(jī)溶劑，攪拌。(3)固化漿料將步驟(2)中的容器中加入固化劑乙酰丙酮加入量為540g后，然后攪拌，再加入高分子聚合物，高分子聚合物為羥甲基纖維素，質(zhì)量為21g，然后攪拌。(4)濃縮漿料將步驟(3)所得到的漿料經(jīng)過50°C蒸餾得到石墨烯復(fù)合的二氧化鈦漿料，二氧化鈦濃度為50g/L，氧化石墨烯濃度100g/L。(5)氣相還原將步驟(4)得到的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，然后在氫氣和氬氣氣氛中還原，體積比例為30:70，加熱溫度為223°C，時(shí)間18h，制得石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。本實(shí)施例所制備的石墨烯復(fù)合的二氧化鈦材料，成分均勻單一，表面經(jīng)過氣體還原，材料表面無斷裂存在，電阻率測(cè)試結(jié)果電阻率5. 28Χ10_8Ω · m實(shí)施例8( I)酸化處理用酸溶液質(zhì)量濃度為90%的硝酸和質(zhì)量濃度為30%的乙酸，酸溶液質(zhì)量各自為5000g和5000g逐滴加入IOOg的二氧化鈦粉末中，二氧化鈦平均粒徑為63nm。(2)配制漿料配制濃度為lg/L的氧化石墨烯溶液，逐滴加入步驟(I)中的二氧化鈦粉末中，攪拌，加入到100L后，再逐滴加入5200g的乙醇和800g異丙醇作為有機(jī)溶劑，然后攪拌。(3)固化漿料將步驟(2)中的容器中加入固化劑乙酰丙酮加入量為2600g后，然后攪拌，加入高分子聚合物，高分子聚合物為羥甲基纖維素，質(zhì)量為2300g，再攪拌。(4)濃縮漿料將步驟(3)所得到的漿料經(jīng)過47°C蒸餾得到石墨烯復(fù)合的二氧化鈦漿料，二氧化鈦濃度為100g/L，氧化石墨烯濃度為100g/L。(5)氣相還原將步驟(4)得到的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，然后在氫氣和氬氣氣氛中還原，體積比例為80:20，加熱溫度為323°C，時(shí)間20h，制得石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。 本實(shí)施例所制備的石墨烯復(fù)合的二氧化鈦材料，成分均勻單一，表面經(jīng)過氣體還原，材料表面無斷裂存在，電阻率測(cè)試結(jié)果電阻率5. 98Χ10_8Ω · m。實(shí)施例9( I)酸化處理用酸溶液質(zhì)量濃度為30%的甲酸和質(zhì)量濃度為17%的硝酸，酸溶液質(zhì)量各自為32g和25g。逐滴加入12g的二氧化鈦粉末中，二氧化鈦平均粒徑為23nm。(2)配制漿料配制濃度為100g/L的氧化石墨烯溶液加入步驟(I)中的二氧化鈦粉末中，攪拌，加入到IL后，再逐滴加入32g的乙醇和23g丙醇作為有機(jī)溶劑，然后攪拌。(3)固化漿料將步驟(2)中的容器中加入固化劑乙酰丙酮和松油醇，加入質(zhì)量各自為22g，21g后，然后攪拌，超聲分散，加入高分子聚合物，高分子聚合物為羥甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素，質(zhì)量分別為llg，61g，然后攪拌。(4)濃縮漿料將步驟(3)所得到的漿料經(jīng)過50°C蒸餾得到石墨烯復(fù)合的二氧化鈦漿料，二氧化鈦濃度為12g/L，氧化石墨烯濃度為100g/L。(5)氣相還原將步驟(4)得到的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，然后在氫氣和氬氣氣氛中還原，體積比例為70:20，加熱溫度為433°C，時(shí)間5h，制得石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。本實(shí)施例所制備的石墨烯復(fù)合的二氧化鈦材料，成分均勻單一，表面經(jīng)過氣體還原，材料表面無斷裂存在，電阻率測(cè)試結(jié)果電阻率7. 78Χ10_8Ω · m。實(shí)施例10(I)酸化處理用酸溶液質(zhì)量濃度為30%的甲酸和質(zhì)量濃度為30%的乙酸，酸溶液質(zhì)量各自為lg，逐滴加入IOOg的二氧化鈦粉末中，平均粒徑為23nm。(2)配制漿料配制濃度為22g/L的氧化石墨烯溶液，逐滴加入步驟(I)中的二氧化鈦粉末中，然后攪拌，加入到IL后，再逐滴加入2300g的乙醇和32g丙醇作為有機(jī)溶劑，再攪拌。(3)固化漿料將步驟(2)中的容器中加入固化劑乙酰丙酮和松油醇，加入質(zhì)量各自為22g，2300g后，然后攪拌，加入高分子聚合物，高分子聚合物為羥甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素，質(zhì)量分別為35g，6100g，然后攪拌。(4)濃縮漿料將步驟(3)所得到的漿料經(jīng)過70°C蒸餾得到石墨烯復(fù)合的二氧化鈦漿料，二氧化鈦濃度為100g/L，氧化石墨烯的濃度22g/L。
(5)氣相還原將步驟(4)得到的漿料通過絲網(wǎng)，印刷在基板上，然后在氫氣和氬氣氣氛中還原，體積比例為20:50，加熱溫度為323°C，時(shí)間6h，制得石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。本實(shí)施例所制備的石墨烯復(fù)合的二氧化鈦材料，成分均勻單一，表面經(jīng)過氣體還原，材料表面無斷裂存在，電阻率測(cè)試結(jié)果 電阻率6. 58Χ10_8Ω · m。
權(quán)利要求
1.一種氣相還原法制備石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料的方法，其具體步驟如下 (1)酸化處理二氧化鈦粉末中加入酸溶液進(jìn)行酸化處理； (2)配制漿料配制氧化石墨烯的水溶液，加入步驟(I)中經(jīng)酸化處理后的二氧化鈦溶液中，然后攪拌，再加入有機(jī)溶劑，再攪拌；得到漿料； (3)固化漿料在步驟(2)配制的漿料加入固化劑后，然后攪拌，再加入高分子聚合物，攪拌； (4)濃縮漿料將步驟(3)固化的漿料經(jīng)過蒸餾處理制得濃縮的氧化石墨烯和二氧化鈦的復(fù)合漿料； (5)氣相還原將步驟(4)制得的復(fù)合漿料絲網(wǎng)印刷在基板上，在還原性氣體中，加熱還原，最終得到石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(I)中所述的酸液為硝酸、甲酸或乙酸中的一種或幾種混合物；其中硝酸的質(zhì)量濃度為10% — 90%，甲酸和乙酸的質(zhì)量濃度均為10% — 30%;酸液的加入量為控制二氧化鈦粉末質(zhì)量和酸液質(zhì)量比為(1-100) : (1-100) ;二氧化鈦粉末平均粒徑為lnm-100 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(2)中氧化石墨烯水溶液的濃度為O.lg/L-100g/L ;氧化石墨烯水溶液的加入量為控制二氧化鈦粉末質(zhì)量和氧化石墨烯質(zhì)量比為(1-100) :(1-100);有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、異丙醇、丙醇或正丙醇中的一種或幾種；有機(jī)溶劑的加入量為控制二氧化鈦粉末質(zhì)量和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為(1-100) (1-100)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述的固化劑為聚乙二醇、松油醇、烷基酚聚氧乙烯醚、乙酰丙酮和對(duì)異辛基苯基醚中的一種或幾種；固化劑的加入量為控制二氧化鈦質(zhì)量和固化劑質(zhì)量之比為(1-100) :(1-100);所述的高分子聚合物為甲基纖維素、乙基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素和纖維素粉中一種或幾種；高分子聚合物的加入量為控制二氧化鈦粉末質(zhì)量和高分子聚合物質(zhì)量比為(1-100)(l-100)o
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(4)中濃縮后的復(fù)合漿料中二氧化鈦濃度為lg/L-100g/L，氧化石墨烯濃度為lg/L-100g/L ;蒸餾處理的溫度為30°C _90°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的方法，其特征在于步驟(5)中所述的還原性氣體為氫氣或者是氫氣和IS氣的混合氣，其中混合氣中氫氣和IS氣的體積之比為(20-80) :(20-80);力口熱還原的溫度為300°C -600°C ;還原時(shí)間為2小時(shí)-24小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣相還原法制備石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料的方法，先將二氧化鈦粉末進(jìn)行酸化處理，配制石墨烯水溶液加入酸化處理的二氧化鈦溶液中，再加入有機(jī)溶劑攪拌配制得漿料，加入固化劑和高分子聚合物固化漿料，然后經(jīng)過蒸餾處理得到濃縮后的石墨烯復(fù)合二氧化鈦的漿料；再將漿料通過絲網(wǎng)印刷在基板上，最后在還原性氣體的作用下，加熱還原，得到石墨烯和二氧化鈦的復(fù)合的材料。此方法得到的復(fù)合材料為后續(xù)制造染料敏化電池、量子點(diǎn)敏化電池和光電催化的設(shè)備提供了良好電極材料。本方法制作工藝簡(jiǎn)便，為未來的太陽能電池材料領(lǐng)域提供了一種性能優(yōu)良的新型復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C01G23/047GK102874799SQ20121036223
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者暴寧鐘, 查晨陽, 何大方, 王仙 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)