一种以石墨烯为模板制备纳米多孔金薄膜的方法
多孔金属材料是一类新型的功能材料，它既具有金属物质优良的导电、导热、催化及延展特性，又具有纳米结构材料(如气凝胶)高比表面积、低密度和高比强度的特性。由于其丰富的表面化学性质，多孔金属材料广泛应用于催化、电催化、传感器、超电容以及光学和生物学领域。目前而言，制备多孔金属材料最常用的方法有脱合金法、烧蚀法、模板法、溶胶-凝胶自组装法、电化学刻蚀法、激光消融法等。其中，模板法是向金属内部引入孔隙非常有效的方法。模板法的操作原理是利用一些可移除的无机或有机材料作为模板(通常为胶体粒子)以调控金属材料的生长，之后将模板通过化学或物理的手段除去。然而，在模板法的实际操作过程中，金属或金属前驱体向模板的渗透较为困难常导致均匀纳米多孔结构不能形成。然而，几乎所有之前关于金纳米粒子和石墨烯相结合的研宄报道都是关于二者的复合材料制备及性能表征。将石墨烯作为可移除的模板来调控制备均匀纳米多孔金薄膜材料尚无相关报道。
本文的目的在于提供一种以石墨烯为模板制备纳米多孔金薄膜材料的方法，该方法简单有效，可制备大面积均匀的纳米多孔金薄膜。其特征在于具有大面积均匀的纳米多孔结构，孔隙率和多孔结构形貌可以通过投料比和不同退火方法得到良好的控制。具体技术方案如下：
(I)将氯金酸、氧化石墨烯和柠檬酸钠在水中超声分散后置于油浴中加热搅拌反应一定时间，然后经离心洗涤得到在水中均匀分散的金纳米粒子/石墨烯复合材料；
(2)真空抽滤，去离子水洗涤，然后空气中干燥得到金纳米粒子/石墨烯复合材料薄膜；
(3)将干燥的金纳米粒子/石墨烯复合薄膜在空气中煅烧或先在氮气中加热后立即暴露在空气中退火均可得到纳米多孔金薄膜；
其中，氯金酸浓度为0.6-6.5 mmol/L，氧化石墨烯浓度为0.1 mg/mL，柠檬酸钠浓度为 10 mg/mL。油浴温度为90-100 °C，反应时间为12-24 h。空抽滤所用的抽滤膜材质为混合纤维素酯，孔径为0.2微米。空气中干燥的时间为1-2天。在空气中煅烧条件为600-800 0C下煅烧1_2 h。在氮气中加热后立即暴露在空气中退火条件为，先在氮气中加热到600-800 °C，升温速率为20 °C/min。
与现有技术相比，本方案提供了一种新颖的以石墨烯为可移除模板制备纳米多孔金薄膜材料的方法。本发明所采用的原料金纳米粒子/石墨烯复合材料薄膜可以通过一步法在水中加热反应得到。本发明稍后采用了两种退火方式以移除模板石墨烯，即在空气中600-800 °C下直接煅烧或者先在氮气中升温至600-800 °C然后立即暴露在空气中，均可制得大面积均匀的纳米多孔金薄膜。同时，两种方法所得到的纳米多孔结构形貌不同，表现出了很好的可调控性。此外，我们还可以通过调节原料金纳米粒子/石墨烯复合材料薄膜中两个组分的比例来达到调节纳米多孔金薄膜孔隙率的目的。与传统的以胶体粒子为模板或脱合金法制备纳米多孔金薄膜材料的方法相比，本发明操作过程简单，制备条件温和，所用试剂无毒环保，且能有效地调控纳米多孔结构的形貌，因而具有广阔的应用前景。