本發(fā)明涉及一種基于石墨烯燃燒將金屬鹽快速、簡單、高效還原制備得到金屬單質(zhì)或金屬氧化物納米材料的方法。

背景技術(shù)：

金屬或金屬氧化物納米材料在鋰電池、染料電池、光催化領(lǐng)域具有重要的作用。目前金屬納米材料的制備方法有：高溫?zé)岱纸夥ā⒔饘倩衔镞€原法、等離子體激光還原法和光化學(xué)反應(yīng)法等。然而這些方法均需要較高的溫度（大于1000 ℃），從而嚴(yán)重制約了這些方法在工業(yè)上的生產(chǎn)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯燃燒快速還原制備金屬單質(zhì)或金屬氧化物納米材料的方法。

本發(fā)明利用石墨烯作為還原劑，將金屬鹽與石墨烯的混合物在空氣中燃燒后即可得到金屬單質(zhì)或金屬氧化物納米材料。對(duì)于活潑金屬鹽，該方法用于制備金屬氧化物的納米顆粒。本發(fā)明將石墨烯用于熱碳還原領(lǐng)域，巧妙地實(shí)現(xiàn)了金屬鹽的低溫還原制備過程，從而大幅度降低了金屬納米材料的制備成本，提高利用效率。

一種石墨烯燃燒快速還原制備金屬單質(zhì)或金屬氧化物納米材料的方法，其特征在于具體步驟為：將金屬硝酸鹽加入氧化石墨烯水懸浮液中超聲4-30 min，然后用定量濾紙抽濾，在濾紙上得到金屬硝酸鹽與石墨烯的混合物，抽濾時(shí)不可用水洗滌；將混合物于35-55 ℃ 烘干后，于酒精燈上點(diǎn)燃，待黑色石墨烯完全燃燒后，即可得到纖維狀的金屬單質(zhì)膜或顆粒狀的金屬氧化物納米材料。

所述金屬硝酸鹽與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:4- 25:1。

所述氧化石墨烯水懸浮液的濃度為1-20 g/L。

所述金屬硝酸鹽為硝酸銀、硝酸銅、硝酸鋅、硝酸鉻或硝酸鎘。

本發(fā)明利用石墨烯作為熱碳還原劑，以濾紙為模板，實(shí)現(xiàn)了金屬銀納米膜的一步法快速制備，得到的金屬膜為纖維狀納米膜，其表面分布著大量納米級(jí)的孔洞，具有良好的導(dǎo)電性。該方法還可以用于銅納米膜的快速制備。對(duì)于較難還原的活潑金屬鹽，該方法可以制備相應(yīng)的金屬氧化物納米顆粒，所得金屬氧化物顆粒約為20 nm，形狀規(guī)整，是潛在的贗電容材料。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）該方法不需要隔絕氧氣或空氣，不需要高溫，因此反應(yīng)過程簡便、經(jīng)濟(jì)、快速。

2）該方法通過燃燒法制備金屬單質(zhì)或金屬氧化物納米材料，燃燒的副產(chǎn)物為易處理的氣體（二氧化碳和二氧化氮），因此比較綠色環(huán)保。

3）該方法不需要復(fù)雜的反應(yīng)過程和高級(jí)的反應(yīng)容器，成本低，具有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。

附圖說明

圖1為金屬或金屬氧化物納米材料的制備路線圖。

圖2為所制備得到的銀納米纖維膜的表征圖，其中A為納米銀膜照片圖；B為納米銀膜掃描電鏡圖；C為納米銀膜的掃描電鏡高分辨圖；D為納米銀膜的XRD。

圖3為納米氧化鋅的表征圖，其中A為納米氧化鋅的掃描電鏡圖；B為納米氧化鋅的透射電鏡圖；C為納米氧化鋅的XRD。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 石墨烯燃燒制備納米銀纖維膜納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置1 g/L的氧化石墨烯懸浮液2 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取50 mg硝酸銀，溶解于上述懸浮液中，超聲2 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于35 ℃烘干。

5.將帶有殘留物的濾紙點(diǎn)燃，燒結(jié)至白色銀膜出現(xiàn)。

實(shí)施例2 石墨烯燃燒制備納米銅纖維膜

操作步驟：

1.首先配置1 g/L的氧化石墨烯懸浮液2 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取50 mg硝酸銅，溶解于上述懸浮液中，超聲2 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于35 ℃烘干。

5.于酒精燈點(diǎn)燃，燒結(jié)至紅色銅膜出現(xiàn)。

實(shí)施例3 石墨烯燃燒制備氧化鉻納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置1 g/L的氧化石墨烯懸浮液2 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取50 mg硝酸鉻，溶解于上述懸浮液中，超聲4 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于35 ℃烘干。

5.于酒精燈點(diǎn)燃，燒結(jié)至灰色氧化鉻納米顆粒出現(xiàn)。

實(shí)施例4 石墨烯燃燒制備氧化鉻納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置2 g/L的氧化石墨烯懸浮液2 mL，常溫超聲5 min。

2.稱取50 mg硝酸鉻，溶解于上述懸浮液中，超聲5 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于35 ℃烘干。

5.于酒精燈點(diǎn)燃，燒結(jié)至灰色氧化鉻納米顆粒出現(xiàn)。

實(shí)施例5 石墨烯燃燒制備氧化鎘納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置10 g/L的氧化石墨烯懸浮液10 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取50 mg硝酸鎘，溶解于上述懸浮液中，超聲20 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于40 ℃烘干。

5.于酒精燈點(diǎn)燃，燒結(jié)至灰色氧化鎘納米顆粒出現(xiàn)。

實(shí)施例6 石墨烯燃燒制備納米銀纖維膜

操作步驟：

1.首先配置20 g/L的氧化石墨烯懸浮液20 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取100 mg硝酸銀，溶解于上述懸浮液中，超聲20 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于50 ℃烘干。

5.于酒精燈點(diǎn)燃，燒結(jié)至白色銀膜出現(xiàn)。

實(shí)施例7 石墨烯燃燒制備納米銀纖維膜

操作步驟：

1.首先配置20 g/L的氧化石墨烯懸浮液20 mL，常溫超聲20 min。

2.稱取200 mg硝酸銀，溶解于上述懸浮液中，超聲30 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于50 ℃烘干。

5.于酒精燈點(diǎn)燃，燒結(jié)至白色銀膜出現(xiàn)。

實(shí)施例8 石墨烯燃燒制備納米銀纖維膜

操作步驟：

1.首先配置10 g/L的氧化石墨烯懸浮液20 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取500 mg硝酸銀，溶解于上述懸浮液中，超聲30 min 。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于55 ℃烘干。

5.于酒精燈點(diǎn)燃，燒結(jié)至白色銀膜出現(xiàn)。

實(shí)施例9 石墨烯燃燒制備氧化鋅納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置10 g/L的氧化石墨烯懸浮液 20 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取200 mg硝酸鋅，溶解于上述懸浮液中，超聲20 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于55 ℃烘干。

5.于酒精燈點(diǎn)燃，燒結(jié)至灰色氧化鋅納米顆粒出現(xiàn)。

實(shí)施例10 石墨烯燃燒制備氧化鋅納米顆粒

操作步驟：

1.首先配置20 g/L的氧化石墨烯懸浮液 20 mL，常溫超聲10 min。

2.稱取500 mg硝酸鋅，溶解于上述懸浮液中，超聲20 min。

3.利用定量濾紙抽濾上述溶液。

4.將濾紙及殘留物于55 ℃烘干。

5.于酒精燈點(diǎn)燃，燒結(jié)至灰色氧化鋅納米顆粒出現(xiàn)。

固定實(shí)施例1中的大部分實(shí)驗(yàn)參數(shù)，以硝酸鹽的加入量為因變量，可以通過掃描電鏡（SEM）或透射電鏡（TEM）考察該方法制備的納米金屬單質(zhì)和氧化物的表面形貌。其中制備的納米銀和氧化鋅納米顆粒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表征如圖2-3所示。

表面形貌及晶體表征：對(duì)于納米銀纖維膜，需要利用掃描電鏡觀察形貌，所得SEM照片如圖2所示。由此結(jié)果可知，納米銀膜由一根根約3-5 μm的銀纖維交聯(lián)而成，高分辨電鏡照片可見，納米銀纖維表面比較粗糙，含有很多20-30 nm的納米孔。XRD儀器被用于銀膜組份表征，結(jié)果如圖2D所示。XRD表明，該膜幾乎完全由單質(zhì)銀組成，因此成功制備了納米銀纖維膜。對(duì)于納米氧化鋅顆粒的表征，需要利用掃面電鏡和透射電鏡對(duì)其表面形貌進(jìn)行表征，結(jié)果表明納米氧化鋅顆粒約50-60 nm，XRD表明該顆粒由純氧化鋅組成，因此成功制備了氧化鋅納米顆粒。