石墨 NIO纳米复合材料制备与表征 (翻译).docVIP

石墨烯/ NIO纳米复合材料的制备与表征 Zhenyuan Ji • Jili Wu • Xiaoping Shen •Hu Zhou • Haitao Xi 化学与化学工程学院，江苏大学，镇江212013，中国 江苏省精细化工工程重点实验室，常州大学，常州213164，中国 摘 要 石墨烯基复合材料作为一种有很好应用前景的新材料不断涌现。在本文中，我们提出了一种简便的方法，用氧化石墨烯和氯化镍为原料制备石墨烯/NiO纳米复合材料，并采用X射线衍射仪，傅立叶变换红外光谱，透射电子显微镜，紫外可见光谱，热重和差示扫描热分析对制得的复合材料进行了表征。结果表明，在原位形成的纳米NiO作为石墨烯表层装饰形成一个薄膜状的复合结构，因此，可以有效的防止石墨烯薄片的重叠。可以预计NiO涂层的石墨烯纳米复合材料将会显著提高NiO的电化学性能，并且在未来纳米技术中作为最有前途的应用材料得以广泛应用。 引 言 石墨烯，作为单一的与个体石墨具有相同结构的的单原子层二维碳片，由于其独特的电学，热学和机械性能使其成为材料科学的地平线上一颗冉冉升起的耀眼新星[1-2]。利用石墨烯这些优秀性能的一个可能途径就是在复合材料中掺入石墨烯薄片[3-5]。已被证实由于石墨烯薄片（微米级的横向原子厚度）大的电导率和长径比，基于石墨烯的高分子复合材料表现出非常低的电渗流阙值（0.1%体积百分比浓度）[6]。近年来，基于石墨烯的无机复合材料吸引了越来越多的关注，这是因为无机纳米粒子附着相比聚合物附着的石墨薄片，不仅能有效防止这些薄片在化学还原过程中重复堆叠，而且还能促进以石墨烯为载体的一类新材料的形成[7]。一些石墨烯/无机纳米复合材料显示出优异的性能，这些优异性能能广泛应用于发射显示器、传感器、超级电容器、电池、催化等领域[8-15]。氧化镍（NiO）是一个禁带宽度在3.6 eV反铁磁半导体[16]，正在广泛应用各个领域于诸如催化[17]、电致变色薄膜[18-19]、燃料电池电极[20]和有源光纤[21]。近年来，纳米氧化镍及其复合材料[22-24]由于其在蓄电池和电化学电容器[25]方面的潜在应用以成为研究的主攻方向。尤其是氧化镍/碳纳米管（CNTs）复合材料，由于他们增强碳纳米管基板[26-30]的电子电导率在改进电容方面有广泛的研究。石墨烯，具有高的导电性能媲美碳纳米管，在碳纳米管复合材料的纳米合成中可作为一种低成本的替代[31]。但是，据我们所知，到目前为止还没有关于石墨/NiO纳米复合材料的合成方面的报道。在本文中，我们将提出一种简易的能大量合成石墨方法。 实验 材料和测试 在实验中我们所用到的所有化学药品都是RG级，都没有进行进一步纯化，制品的形态和结构的测定采用透射电镜（TEM，JEM-2100）、X-射线衍射（XRD，D/MAX2500，Rigaka）Cu作靶材。制作TEM试样先经超声打散分散在无水乙醇中，再将将溶液滴到镀碳铜网上。采用溴化钾压片法在4000-400cm-1区域通过Nicolet FT-170SX型光谱仪记录傅里叶红外光谱。紫外可见光（UV-Vis）谱测量需将试样分散在水溶液中中采用UV-2450型紫外可见分光光度计测量。采用NETZSCH STA449C综合热分析仪进行热重（TG）和差示扫描量热(DSC)测定，它能同时进行TG和DSC测量。 氧化石墨的合成 氧化石墨的合成采用天然石墨鳞片通过改进后的Hummer法制备[32]。一个典型的合成方法，取2.0g石墨鳞片，放入冷水（0℃），加入浓硫（100mL）。然后，边搅拌边加入8.0克高锰酸钾，通过冷却使混合物温度保持在低于10℃下。混合物在温度低于10℃下持续反应2h 。 接着将混合物保持在35℃搅拌1h，然后用100mL去离子水（DI）去稀释溶液。由于水加入浓硫酸介质中会释放大量热，放入冰水浴中保持低于100℃的温度，加入到100mL的去离子水中，混合搅拌1 h ，再进一步加入去离子水稀释至约300mL。然后，将20mL30％的H2O2加到混合物中以减少残留的高锰酸钾。混合物会释放大量的气泡，颜色变成亮黄色。最后将混合物过滤并用5%的盐酸溶液（800mL）冲洗以除去残留的金属离子，再用1L左右的去离子水冲洗去掉残留的酸。得到的固体在60℃烘干24h。为进一步纯化，将得到的氧化石墨重新分散在去离子水中，经过一周的透析以出去残留的盐和酸。 石墨烯/NiO的纳米复合材料的合成 典型的石墨烯/NiO的纳米复合材料的合成，取40毫克的氧化石墨通过超声波分散在80毫升的去离子水中。往石墨烯溶液中滴加氨水（28wt％的水）调整pH值约为10 。随后，边搅拌边滴加氯化镍溶液20mL（6毫摩尔/L）和25μL水合肼（85％）。滴加完毕后将混合物倒到250mL的圆底烧瓶中，并在100℃条件下加热回流5