本發明涉及無機納米復合材料領域，特別是一種鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的簡易制備方法。

背景技術：

英國科學家geim和novoselov發現了由碳原子以sp²雜化連接的單原子層構成的新型二維原子晶體石墨烯(graphene)而獲得了諾貝爾獎。石墨烯是由一層密集的、包裹在蜂巢晶體點陣上的碳原子組成,是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，并且其具有很高的可見光透過率，較高的導熱系數和載流子遷移率，可用來制作透明觸控屏幕、透明電極以及太陽能電池等材料。(a)novoselov,k.s.；geim,a.k.；morozov,s.v.；jiang,d.；zhang,y.；dubonos,s.v.；grigorieva,i.v.；firsov,a.a.science,2004,306,666.(b)roy-mayhew,j.d.；aksay,i.a.chem.rev.2014,114,6323.

雖然石墨烯具有優異的性能，但是由于其表面沒有基團，化學穩定性高，其表面呈惰性狀態，與其他介質(如溶劑等)的相互作用較弱，幾乎不溶于任何溶劑，與其他物質的浸潤性也很差，石墨烯片之間范德華力的相互作用使其在溶劑中易于團聚。而石墨烯的氧化物——氧化石墨烯(go)則很好的解決了上述問題。go與石墨烯的結構大體相同，只是在一層碳原子構成的二維空間無限延伸的基面上連接有大量的活性官能團如羧基、羥基、羰基、環氧基等。與石墨烯相比，go有更加優異的性能。不僅具有良好的潤濕性能和表面活性，而且能被小分子或者聚合物插層后剝離，在諸多領域都有廣泛的應用。(a)dikin,d.a.；stankovich,s.；zimney,e.j.；piner,r.d.；dommett,g.h.b.；evmenenko,g.；nguyen,s.t.；ruoff,r.s.nature2007,448,457.(b)zhang,c.l.；yuan,y.x.；zhang,s.m.；wang,y.h.；liuz.h.angew.chem.int.ed.2011,50,6851.

納米粒子復合材料/go主要包括金屬復合材料/go、金屬氧化物復合材料/go等，將金屬納米離子或金屬氧化物納米粒子負載到go上，納米粒子與go二者之間的相互影響和協同作用從而使復合材料具有獨特的性質。一般金屬氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的合成方法采用水熱法，即將金屬鹽類與氧化石墨懸浮液混合，在高溫下水熱反應制得。而該方法存在需要添加穩定劑或添加劑(增加成本)、反應耗時長、金屬納米粒子在石墨烯表面分散不均勻等缺點。(a)ren,l.；huang,s.；fan,w.；liu,t.appl.surf.sci.2011,258,1132.(b)zhang,j.；jiang,j.；zhao,x.s.j.phys.chem.c2011,115,6448.(c)zhu,j.；chen,s.；zhou,h.；wang,x.nanores.2012,5,11.

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的簡易制備方法。針對現有的制備鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的方法所存在的反應時間長/需要額外的穩定劑或添加劑等不足之處。旨在提供一種快速、簡易的、無需額外穩定劑及添加劑的合成鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的手段。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的簡易制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)、稱取氧化石墨放入盛有二甲基甲酰胺的容器內在超聲作用下使氧化石墨在二甲基甲酰胺中分散形成懸浮液；

(2)、稱取鑭系元素氯化物置于懸浮液中，然后加熱回流制備出黑色沉淀，即鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料。

進一步的技術方案在于，氧化石墨烯與鑭系元素氯化物質量比為1：1。

進一步的技術方案還在于，所述鑭系元素氯化物為氯化鑭、氯化鋱、氯化釓、氯化釤、氯化銪或氯化鈰。

進一步的技術方案在于，具體步驟為：

步驟(1):將100mg氧化石墨烯加入100ml二甲基甲酰胺中，超聲1h使氧化石墨烯均勻分散到二甲基甲酰胺中，然后加入100mg鑭系元素氯化物，加熱回流1h得到黑色沉淀；冷卻到室溫后離心分離得到固體，再用乙醇、水分別洗滌三次得到最終產物鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本發明通過氧化石墨烯經過超聲處理在dmf中得到單層的片狀納米懸浮液，并且其表面分布大量的羥基、環氧基、羰基等含氧官能團，使其表面帶有負電荷，帶正電的鑭系元素離子會被帶負電的含氧基團吸附在石墨烯表面，高溫下分解，dmf與go共同作為穩定劑從而形成較為均勻的鑭系元素氧化物納米顆粒分散在go表面。本發明具有以下突出特點：1、本發明在dmf中制備氧化鈰/氧化石墨烯納米復合材料，反應時間短、無需添加額外的穩定劑、添加劑、所需設備簡單、條件易控制。2、制備的鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料，其中鑭系氧化物納米粒子大小為8–15nm，且均勻分布在氧化石墨烯的表面。根據本發明，在此工藝條件下，可以簡單、快速制備出鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料，且制備的材料不需要進行后續處理。因此，本發明提供了一種具有工業前景的制備鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的方法。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1.三氧化二鑭/氧化石墨烯納米復合材料的掃描電鏡圖。

圖2.三氧化二鑭/氧化石墨烯納米復合材料的電子能譜圖。

圖3.三氧化二鑭/氧化石墨烯納米復合材料的透射電鏡圖。

圖4.三氧化二鑭/氧化石墨烯納米復合材料的x射線光電子能譜。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。

本發明闡述了一種鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的簡易制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)、稱取氧化石墨放入盛有二甲基甲酰胺的容器內在超聲作用下使氧化石墨在二甲基甲酰胺中分散形成懸浮液；

(2)、稱取鑭系元素氯化物置于懸浮液中，然后加熱回流制備出黑色沉淀，即鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料。

優選的，氧化石墨烯與鑭系元素氯化物質量比為1：1。

優選的，所述鑭系元素氯化物為氯化鑭、氯化鋱、氯化釓、氯化釤、氯化銪或氯化鈰。

優選的，以氯化鑭進行實施，其具體步驟為：

步驟(1):將100mg氧化石墨烯加入100ml二甲基甲酰胺中，超聲1h使氧化石墨烯均勻分散到二甲基甲酰胺中，然后加入100mg氯化鑭，加熱回流1h得到黑色沉淀；冷卻到室溫后離心分離得到固體，再用乙醇、水分別洗滌三次得到最終產物la2o3/go。

本發明通過上述實施例，經過觀察，可知氧化石墨烯經過超聲處理在dmf中得到單層的片狀納米懸浮液，并且其表面分布大量的羥基、環氧基、羰基等含氧官能團，使其表面帶有負電荷，帶正電的鑭離子會被帶負電的含氧基團吸附在石墨烯表面，高溫下分解，dmf與go共同作為穩定劑從而形成較為均勻的氧化鑭納米顆粒分散在go表面。

在上述的鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的制備方法中，反應過程可用以下化學方程式表示：

本發明與現有的制備鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的方法相比，本發明具有以下突出特點：1、本發明再dmf中制備氧化鈰/氧化石墨烯納米復合材料，反應時間短、無需添加額外的穩定劑、添加劑、所需設備簡單、條件易控制。2、制備的鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料，其中鑭系氧化物納米粒子大小為8–15nm，且均勻分布在氧化石墨烯的表面。根據本發明，在此工藝條件下，可以簡單、快速制備出鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料，且制備的材料不需要進行后續處理。因此，本發明提供了一種具有工業前景的制備鑭系氧化物/氧化石墨烯納米復合材料的方法。

如圖所示，圖1是采用本發明制備的氧化鑭/氧化石墨烯納米復合材料的掃描電子顯微鏡(sem)圖片,從圖中可以看出氧化鑭納米顆粒均勻分布在氧化石墨烯片層上。

圖2是采用本發明制備的氧化鑭/氧化石墨烯納米復合材料的電子能譜(edx)圖片，表明復合材料中含有鑭元素。

圖3是采用本發明制備的氧化鑭/氧化石墨烯納米復合材料的透射電鏡圖片(tem)以及局部放大透射電子顯微鏡(tem)圖片。從圖中可以看出氧化石墨烯上面負載有氧化鑭納米顆粒，所制備的氧化鑭/氧化石墨烯納米復合材料中氧化鈰納米顆粒分布均勻，其直徑為8-15nm。

圖4是采用本發明制備的氧化鈰/氧化石墨烯納米復合材料的x射線光電子能譜(xps)圖譜，其與標準卡片比較發現，納米顆粒的結構為氧化鑭。